DE1490393B1 - Verfahren zur Herstellung von Isolierungen fuer elektrische Maschinen,Geraete oder Apparate - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Isolierungen für elektrische Maschinen, Geräte und Apparate durch Vergießen oder Imprägnieren mit zur Polymerisations- oder Polyadditionsreaktion fähigen Stoffsystemen. Solche Stoffsysteme sind beispielsweise aushärtbare Gießharze oder Imprägnierharze, wie sie in der Elektrotechnik heutzutage in großem Umfang eingesetzt werden, d. h. zum Beispiel Lösungen ungesättigter Polyesterharze in daran anpolymerisierbaren Monomeren, polymerisations- ίο fähige Kohlenwasserstoffgemische aus Epoxidharz-Härtegemische mit Säureanhydridhärter.

So ist es bekannt, hochspannungsfeste Wicklungen für elektrische Maschinen in der Weise herzustellen, daß man um den zu isolierenden Leiter zunächst ein Glimmerband wickelt, das einen Stoff enthält, der die Härtungsreaktion des danach zur Imprägnierung der Isolierung verwendeten härtbaren Harz beschleunigt. Die Imprägnierung der zunächst trocken aufgebrachten Isolierung erfolgt vorzugsweise unter Vakuum durch Überfluten des isolierten Leiters mit dem härtbaren Harz. Nach dem Eindringen des aushärtbaren Harzes in die Isolierung des Leiters wird dieser aus dem Tränkbad herausgenommen und in eine Form getan, in der er während des Aushärtens des Imprägnierharzes verbleibt. Erst während dieser Aushärtung, die auch unter Wärmeeinwirkung stattfinden kann, löst sich der beschleunigende Stoff in dem Harz, so daß eine bedeutende Verkürzung der normalen Härtungsbedingungen eintritt.

Es ist weiterhin bekannt, Wandler, Spulen oder auch Sammelschienen in entsprechenden Formen mit aushärtbaren Harzen zu umgießen, so daß diese Bauelemente von einem Gießharzkörper eingeschlossen sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese bekannte Herstellungstechnik von Isolierungen, wie sie in der Elektrotechnik in großem Umfang für die Isolierung elektrischer Maschinen, Geräte oder Apparate angewendet wird, zu verbessern und insbesondere einen durch die Schrumpfung während des Aushärtens bedingten Harzverlust in der Isolierung zu vermeiden.

Bei dem Verfahren zur Herstellung von Isolierungen für elektrische Maschinen, Geräte oder Apparate durch Vergießen oder Imprägnieren mit zur Polymerisations- oder Polyadditionsreaktion fähigen Stoffsystemen, bei dem die mit einem Beschleuniger für die Polymerisations- oder Polyadditionsreaktion versehene Isolierung, vorzugsweise unter Anwendung von Vakuum, mit dem zur Polymerisations- oder Polyadditionsreaktion fähigem Stoffsystem innerhalb eines Tränkgefäßes in einer gegenüber diesem Stoffsystem nicht dichten Form oder Hülle überflutet wird, verbleibt daher gemäß der Erfindung die Isolierung mindestens bis zum Angelieren des in die Isolierung eingedrungenen Stoffsystemanteiles oder bis zu einer ein Ausfließen ausschließenden Viskositätserhöhung dieses Anteiles in überflutetem Zustand im Tränkbad.

Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist also, daß die Isolierung länger im überfluteten Zustand innerhalb des Tränkharzbades verbleibt, als dies für die Imprägnierung erforderlich ist, nämlich so lange, bis eine Angelierung oder zumindest eine ein Ausfließen ausschließende Viskositätserhöhung des eingedrungenen Stoffsystemanteiles erfolgt ist. Auf diese Weise wird ein außerordentlich hoher Anteil an Harz in der Isolierung sichergestellt, da die während des Gelbildungsprozesses besonders starke Schrumpfung noch durch von außen in die nicht dichte Hülle oder Form nachfließenden Harz ausgeglichen wird. Durch die erfolgte Angelierung des Harzes ist nach dem Herausnehmen der Isolierung aus dem Bad ein Harzverlust nicht mehr möglich. Dadurch werden Lunker oder Hohlräume innerhalb der Isolierung ausgeschlossen.

Weiterhin ergibt sich für das Verfahren gemäß der Erfindung der Vorteil, daß billige und einfache Formen oder Hüllen verwendet werden können, da die Form nur konturgebend, nicht aber dicht zu sein braucht. Damit wird der bisher für das Imprägnieren oder Vergießen erforderliche Aufwand für die Formen erheblich vermindert. Der Aushärtungs- und der Imprägnierungsvorgang erfolgt also in ein und denselben Formen. Es empfiehlt sich, dafür zu sorgen, daß das für die Formen oder Hüllen verwendete Material gut formtrennende Eigenschaften hat, d. h. daß Kunststoff an ihm nicht haftet.

Speziell bei Wicklungsisolierungen elektrischer Maschinen kann als nicht dichte Form oder Hülle das Blechpaket der Maschine selbst dienen, in deren Nuten die Wicklung eingelegt wird. In diesem Fall werden die Wicklungsleiter mit ihrer noch nicht fertiggestellten Isolierung in die elektrische Maschine eingelegt, und anschließend wird die gesamte elektrische Maschine einschließlich der eingelegten Wicklungsleiter mit dem zur Polymerisations- oder Polyadditionsreaktion fähigen Stoffsystem getränkt und überflutet. Auch hierbei können die einzelnen Wicklungsleiter vor dem Einlegen der Nuten nach außen durch eine für das Imprägnierharz oder Gießharz durchlässige Hülse aus einem neutralen, also keinen Beschleuniger enthaltendem Material abgeschlossen werden. Die Maschine verbleibt dann so lange überflutet in dem Tränkbad, bis das in die Isolierung der Wicklungen eingedrungene Tränkharz angeliert ist und somit eine so hohe Viskosität erreicht hat, daß es beim Herausnehmen der Maschine aus dem Tränkbad nicht mehr ausfließen kann. Die Tränkung der Isolierungen, wenn sich die Wicklungen bereits in der Maschine befinden, hat den Vorteil, daß sich die Wicklungsleiter bereits in ihrer endgültigen Lage befinden und nach dem Aushärten nicht mehr verformt werden müssen.

Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung können auch einzelne Stäbe oder Spulen imprägniert werden. Insbesondere eignet sich dieses Verfahren zum Imprägnieren von Spulen, die beim Einlegen in die Nuten stark deformiert werden müssen. Da das in die Isolierung dieser Spulen eingedrungene Imprägnierharz nach dem Herausnehmen aus dem Bad erst angeliert ist, lassen sich diese Spulen, gegebenenfalls unter leichtem Erwärmen, in dem zum Einlegen erforderlichen Maße deformieren. Nach dem Einlegen kann das in der Isolierung befindliche Harz endgültig ausgehärtet werden, indem die Spulen, beispielsweise durch Hindurchleiten von Strom, erhitzt werden.

Das Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich aber auch zur Herstellung von vergossenen elektrischen Leitern, wie beispielsweise Stromschienen oder Spulen. Es lassen sich auf diese Weise elektrische Leiter mit verhältnismäßig dünnen Schichten versehen. Man geht zweckmäßigerweise in der Form vor, daß die Leiter in der gewünschten Lage fixiert und in einer für das Eindringen des Gießharzes durchlässigen Form angeordnet werden, in deren Hohlraum

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dann ein Gemisch aus inaktivem Füllstoff und Be- Dennoch ist diese Zeitspanne klein gegenüber der anschleuniger geschüttet wird, und daß die Form so lange gestrebten Gelierzeit. Während nämlich die zur Löin überflutetem Zustand verbleibt, bis das in die sung des Beschleunigers erforderliche Zeitspanne nach Form eingedrungene Gießharz angeliert oder hoch- Minuten zu bemessen ist, erfordert die zur angestrebviskos geworden ist. Die Form wird dann dem Bad 5 ten Gelierung erforderliche Zeit ein, zwei oder drei entnommen und außerhalb des Bades fertiggestellt. Stunden.

Auf diese Weise kann der elektrische Leiter mit einem Dann wird als äußere Hülle auf jede Isolierung ein

sehr hohen Gehalt an inaktivem Füllstoff umgössen Band aus einem neutralen, also keinen Beschleuniger

werden. Das Einbringen des die Polymerisations- enthaltendem Material aufgewickelt. Diese Hüllen

oder Polyadditionsaktion des Gießharzes abkürzen- io haben zwei Funktionen zu erfüllen. Sie sollen einmal

den Beschleunigers in dem inaktiven Füllstoff kann innerhalb des Imprägnierharzbades den Bereich, in

vor dem Einschütten in die Form vorgenommen wer- dem eine Gelierung angestrebt wird, gegenüber dem

den. Der Beschleuniger kann aber auch zonenweise Band, in dem eine Viskositätserhöhung möglichst ver-

beim Einschütten des Füllstoffes zusätzlich mit in die mieden werden soll, abgrenzen, ohne das Eindringen

Form geschüttet werden. Das letzte Verfahren wird 15 von Imprägnierharz in die Isolierung zu erschweren,

man insbesondere dann anwenden, wenn der Be- Ferner geben sie der herzustellenden Isolierhülse die

schleuniger in die herzustellende Isolierung mit von gewünschte äußere Gestalt.

innen nach außen abnehmender Konzentration ein- Die derart einschließlich der Wickelköpfe umban-

gebracht werden soll. delten Leiter werden dann in die Nuten des Ständers

Durch den sehr hohen Anteil an inaktivem Füll- ao bzw. Läufers eingelegt. Anschließend wird der Stänstoff, wie er durch das Umschütten des Bauelementes der bzw. Läufer einschließlich der eingelegten Wickin der Form ermöglicht wird, kann für die Isolierung lung in ein Imprägnierharzbad getaucht, so daß er ein Ausdehnungskoeffizient erreicht werden, der dem- vollständig mit Imprägnierharz überflutet ist. Gegejenigen von Metallen entspricht. So lassen sich mit benenfalls kann diese Imprägnierung in an sich beeinem Füllstoffgehalt von mindestens 50 Volumpro- 35 kannter Weise auch unter Anwendung von Vakuum zent Ausdehnungskoeffizienten von 15 bis 20 · 10~⁶ vorgenommen werden.

erzielen. Ein solcher Ausdehnungskoeffizient liegt in Infolge des in der Isolierung der Wicklungsleiter

der gleichen Größenordnung wie der Ausdehnungs- befindlichen Beschleunigers beginnt das in die Isolie-

koeffizient von Kupfer, der 17 · 10~⁶ beträgt. Es ist rung eingedrungene Imprägnierharz zu gelieren. Da

mit dem Verfahren gemäß der Erfindung daher mög- 30 die Isolierung jeden Wicklungsleiters einschließlich

lieh, auf metallische Leiter, insbesondere auf Kupfer, der Wickelköpfe nach außen durch eine aufgewickelte

dünne Isolierschichten temperaturfest aufzubringen, Hülle aus neutralem, also keinen Beschleuniger ent-

die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Dies ist haltendem Material umgeben ist, bleibt der Gelie-

für hochbelastete Spulen, wie es beispielsweise Pol- rungsprozeß auf das Innere der Wicklungsisolierung

spulen sind, zur Abfuhr der entstehenden Wärme 35 beschränkt. Insbesondere wird durch die Hülle das

sehr wesentlich. Herausspülen von Beschleuniger in das Imprägnier-

Irrt folgenden sei die Erfindung noch an Hand harzbad erschwert, so daß eine lange Gebrauchsdauer

zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Das des Bades erhalten bleibt. Diese Hülle ist aber gegen-

erste Ausführungsbeispiel betrifft die Imprägnierung über dem Imprägnierharz nicht dicht, so daß das

von bereits in die Ständer- oder Läufernuten einer 40 Eindringen des Imprägnierharzes, vor allem, wenn

elektrischen Maschine eingelegten Wicklungen. das Imprägnieren im Vakuum vorgenommen wird,

Die in Form von Stäben oder Spulen ausgebildeten nicht behindert wird.

Leiter der Wicklung einer elektrischen Maschine wer- Der angestrebte Gelierungsprozeß kann weiterhin den zunächst mit einer Isolierung aus auf die Leiter noch dadurch verbessert werden, daß die Wicklungsaufgewickelten Bahnen oder Bändern umgeben. Man 45 leiter des im Imprägnierharzbad befindlichen Stänverwendet dazu insbesondere Glimmerbänder, die in ders bzw. Läufers mit Strom elektrisch beheizt weran sich bekannter Weise aus einer wärmebeständigen den, so daß die Temperatur der Spulen gegenüber der dünnen Unterlage aus Papier, Gewebe oder Kunst- Temperatur des Bades stark erhöht wird. Hierdurch stoffolie bestehen, auf die mehrere Schichten von wird die Gelierzeit des in die Wicklungsisolierung Glimmerblättchen aufgebracht und dann durch eine 50 eingedrungenen Imprägnierharzes erheblich verkürzt, dünne wärmebeständige Decklage abgeschlossen sind. Nach dem Angelieren des in die Wicklungsisolie-Die Glimmerblättchen werden untereinander sowie rung eingedrungenen Imprägnierungsharze wird der mit der Unterlage und der Decklage durch ein geeig- Ständer bzw. Läufer dem Band entnommen. Die Zeitnetes Bindemittel verklebt. In bekannter Weise wird spanne, während der der Ständer bzw. Läufer in als Bindemittel ein Klebeharz verwendet, das sich 55 überflutetem Zustand verbleibt, hängt von dem vervollständig in das später zum Imprägnieren verwen- wendeten Imprägnierharz, dem benutzten Beschleudete Imprägnierharz einbauen läßt. Der Gehalt mi niger und der Temperatur des Bades ab. Wesentlich Bindemitteln beträgt etwa 3 bis 7%, bezogen auf das für die Erfindung ist jedoch, daß beim Herausnehmen Gesamtgewicht des Glimmerbandes. des Ständers oder Läufers aus dem Bad das in der

Dieses Glimmerband enthält gleichzeitig den die 60 Isolierung befindliche Imprägnierharz bereits so hoch-Polymerisations- oder Polyadditionsreaktion abkür- viskos ist, daß ein Auslaufen dieses Harzes aus der zenden Beschleuniger für das Imprägnierharz. Zweck- Isolierung ausgeschlossen ist. Aus den übrigen Teilen mäßig ist dieser Beschleuniger derart gewählt, daß er des aus dem Bad herausgenommenen Ständers oder gemeinsam mit dem im Glimmerband enthaltenden Läufers kann das Harz hingegen ungehindert abBindemittel zur Lösung in dem bei der Imprägnie- 65 laufen. Anschließend wird der Ständer bzw. Läufer in rung eindringenden Imprägnierharz eine längere Zeit- einem Ofen auf die zur endgültigen Aushärtung des spanne braucht, als sie für die Durchdringung der in der Isolierung befindlichen, bereits angegliederten Isolierung mit dem Imprägnierharz benötigt wird. Imprägnierharzes erforderliche Temperatur erhitzt.

Diese Temperatur liegt in der Regel höher als die Temperatur des mit Imprägnierharz gefüllten Bades.

Falls erwünscht, können die Hüllen aus dem neutralen Material an den Wickelköpfen beim Herausnehmen des Ständers bzw. Läufers aus dem Bad entfernt werden. Beläßt man jedoch diese Hüllen beim Herausnehmen des Ständers bzw. Läufers aus dem Bad auf den Wickelköpfen, so empfiehlt sich vor dem endgültigen Aushärten ein zusätzliches Einstreichen der Hüllen mit Beschleuniger.

Als zweites Ausführungsbeispiel sei die Herstellung einer Polspule näher beschrieben.

Eine Polspule besteht aus Flachkupferleitern, die mit ihren Flachseiten übereinander liegen und durch Isolierzwischenlagen voneinander getrennt sind. Zur Herstellung einer solchen Polspule werden die Flachkupferleiter in eine Form in einer solchen Lage angeordnet und mit Hilfe von Abstandshaltern in einem solchen Abstand voneinander gehalten, wie es ihrer Lage in der fertigen Polspule entspricht. Die Form wird dann mit einem inaktiven Füllstoff, beispielsweise mit grobem Querzmehl mit einer Körnung von 0,2 bis 0,5 mm, gefüllt. Vermischt mit diesem Füllstoff ist ein die Polymerisations- oder Polyadditionsreaktion des Gießharzes abkürzender Beschleuniger. Beim Einschütten dieses Gemisches aus Füllstoff und Beschleuniger können die Abstandshalter zwischen den Flachkupferleitern entsprechend der fortschreitenden Füllung der Form entfernt werden, da die Lage sowie der gegenseitige Abstand der Flachkupferleiter durch das Gemisch aus Füllstoff und Beschleuniger gewährleistet ist. Die Abstandshalter können aber auch in der Form verbleiben.

Die zur Herstellung der Polspule verwendete Form muß für das Eindringen des Gießharzes durchlässig sein. Es reicht hierzu aus, daß die an den Kanten der Form zusammenstoßenden Außenwandungen nicht abgedichtet werden. Durch diese Spalte dringt das Gießharz nach dem Überfluten der Form vor allem bei der Anwendung von Vakuum in ausreichendem Maße ein. Erforderlichenfalls kann die Form aber auch mit zusätzlichen Öffnungen für den Eintritt des Gießharzes versehen werden. Dadurch, daß die Form nicht durchlässig sein muß, vermindert sich der für die Form benötigte Aufwand beträchtlieh gegenüber bisher für das Vergießen von Bauelementen verwendeten Formen. Nach dem noch im überfluteten Zustand erfolgenden Angelieren bzw. Hochviskoswerden wird die Form dem Gießharzbad entnommen. In einem Ofen wird dann das in die Form eingedrungene Gießharz bei erhöhter Temperatur ausgehärtet und die Polspule somit endgültig fertiggestellt.

Durch das beschriebene Verfahren zur Herstellung einer Polspule läßt sich ein Volumenanteil von über 5O°/o Füllstoff erzielen. Infolge der hierdurch erreichten Angleichung der Ausdehnungskoeffizienten zwischen der ausgehärteten Gießharzschicht und den von dieser Schicht eingeschlossenen Kupferleitern haftet die Isolierung der Polspule trotz ihrer geringen Dicke auch bei starken Wärmespielen fest auf den Kupferleitern.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung von Isolierungen für elektrische Maschinen, Geräte oder Apparate durch Vergießen oder Imprägnieren mit zur Polymerisations- oder Polyadditionsreaktion fähigen Stoffsystemen, bei dem die mit einem Beschleuniger für die Polymerisations- oder Polyadditionsreaktion versehene Isolierung vorzugsweise unter Anwendung von Vakuum mit dem zur Polymerisations- oder Polyadditionsreaktion fähigen Stoffsystem innerhalb eines Tränkgefäßes in einer gegenüber diesem Stoffsystem nicht dichten Form oder Hülle überflutet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierung mindestens bis zum Angelieren des in die Isolierung eingedrungenen Stoffsystemanteiles oder bis zu einer ein Ausfließen ausschließenden Viskositätserhöhung dieses Anteiles in überflutetem Zustand im Tränkbad verbleibt.

2. Verfahren zur Herstellung der Isolierung der Wicklungsleiter einer elektrischen Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungsleiter mit ihrer noch nicht fertiggestellten Isolierung in die elektrische Maschine eingelegt werden und daß anschließend die gesamte elektrische Maschine einschließlich der eingelegten Wicklungsleiter mit dem zur Polymerisations- oder Polyadditionsreaktion fähigen Stoffsystem getränkt und überflutet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter in der gewünschten Lage fixiert und in eine für das Eindringen des Gießharzes durchlässigen Form angeordnet werden, in deren Hohlraum dann ein Gemisch aus inaktivem Füllstoff und Beschleuniger geschüttet wird, und daß die Form so lange in überflutetem Zustand verbleibt, bis das in die Form eingedrungene Gießharz angeliert oder hochviskos geworden ist.