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Schmelzimprägnierung von Wicklungen elektrischer Leiter Die vorliegende
Erfindung betrifft die Verwendung von Polyester-Formlingen zur Sohmelzimprägnierung
von Wicklungen elektrischer Leiter.
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Es ist bekannt, Wicklungen elektrischer Leiter, wie sie z.B, in Ankern
elektrischer Motoren vorliegen, nach dem Wickeln mit einem Träufel- oder Tränkharz
zu imprägnieren bzw. zu tränken und dieses Harz anschließend auszuhärten, wobei
die einzelnen Lagen der Drähte miteinander "vebacken" werden. Als Harze werden hierfür
flüssige Produkte verwendet, die beim Erhitzen auf erhöhte Temperatur aushärten.
Durch Zusatz von Katalysatoren und/oder Beschleunigern wird die Aushärtung erleichtert.
Häufig werden die Harze in Form von Mehrkomponentenharzen eingesetzt, wobei die
einzelnen Komponenten erst kurz sor dem Aufbringen auf die Wicklungen vermischt
werden. Die einzelnen Komponenten sind für sich längere Zeit lagerfähig, reagieren
aber nach dem Vermischen verhältnismäßig schnell, insbesondere beim Erhitzen auf
höhere Temperaturen. Die Durchführung dieses Verfahrans erfordert technisch verhältnismäßig
komplizierte Dosier- und Träufelapparaturen,
da die flüssigen Harze
auf das jeweilige Werkstück, das die Wicklungen der elektrischen Leiter enthält,
in genau bestimmter Menge aufgebracht werden müssen.
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Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Polyester-Forilingen
aus eines ungesättigten Polyester, daran anpolymerieierbare Verbindungen, Katalysatoren
und/oder Beschleuniger sowie gegebenenfalls Füllstoffe enthaltenden Gemisch, das
beim Erhitzen schmilzt und nach dem Schmelzen aushärtet, zur Schmelsimprägnierung
von Wicklungen eleltrischer Leiter.
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Bei Verwendung der Polyester-Formlinge gemäß der Erfindung sind keine
Dosiervorrichtungen und dergl. mehr erforderlich. Die Imprägnierung von Wicklungen
elektrischer Leiter mit Kunstharzen und die anschließende Aushärtung wird dadurch
technisch außerordentlich erleichtert. Die Polyester-Formlinge gemäß der Erfindung
können in getrennten Vorrichtungen, beispielsweise Tablettenpressen mit dem gewünschten
Gewicht hergestellt werden. Eine derartige Tablette wird beispielsweise bei ihrer
Verwendung auf die Wicklung der elektrischen Leiter aufgelegt und die zu imprägnierende
Wicklung auf erhohte Temperaturen erhitzt, wobei der Polyester-Formling zunächst
schmilzt und dann unter des Einfluß der erhöhten Temperatur aowie der Katalysatoren
und/oder Beschleuniger aushärtet. Die Formlinge können in Jeweils gewünschter, des
jeweiligen Verwendungszweck angepaßter Form und Gewicht hergestellt werden. Beispieleweise
zur
Imprägnierung von Elektromotorenankern eignen sich als Formlinge besonders Ringe,
die über die Ankerachse gestülpt werden. Anschließend wird der Anker mit diesem
übergestilipten Ring auf erhöhte Temperaturen erhitzt, wobei das Polyesterharz schmilzt,
über die Wicklung der elektrischen Leiter fließt, diese durchtränkt und anschließend
aushärtet.
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Ungesättigte Polyester, daran anpolymerisierbare Verbindungen, Katalysatoren
und/oder Beschleuniger sowie gegebenenfalle die Füllstoffe, aus denen die Polyester-Formlinge
gemäß der Erfindung bestehen, sind derart aufeinander abgestimmt, daß ein bei Zimmertemperatur
festes und formbares Gemisch erhalten wird, das aber beim Erhitzen auf erhöhte Temperatur
zunächst schmilzt und kurz danach aushärtet. Der Schmelzpunkt der Formlinge gemäß
der Erfindung soll deutlich in der Regel mindestens etwa 1000, vorzugsweise etwa
20-30°C unter der Aushärtungstemperatur der Formlinge liegen. Unter Aushärtetemperatur
in diesem Sinne wird diejenige Temperatur verstanden, bei der die Aushärtung der
Folminge in kurzer Zeit von z.B. etwa 5-60 Min. erfolgt. Diese Aushärtetemperatur
wird in erster Linie vom eingesetten Katalysator und/oder Beschleuniger bestimmt.
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Bei einer gewissen Temperatur"springt"der Katalysator an und die Aushärtung
geht dann schnell vonstatten. Zum endgültigen Aushärter. kann naturgemäß auch auf
höhere als die vorstehend erwähnte Temperatur, bei der der Katalysator "anspringt",
erhitzt werden. Die Aushärtung erfolgt bei
Verwerdung der Polyester-Formlinge
gemäß der Erfindung zweckmäßigt zwischen etwa 100 und 1600C Die Verwendung dei Polyester-Formlinge
erfolgt gemäß der Erfindung derart, daß die Formlinge mit dem gewünschten, geeigneten
Gewicht und Abmessungen auf die zu imprägnierenden Wicklungen elektrischer Leiter,
beispielsweise einen Anker eines Elektromotores gelegt und dieser dann in einem
auf etwa 100 - 160°C geheiten Ofen eingebracht wird. Die Wicklung kann auch durch
Anlegen einer Spannung auf die erforderliche Temperatur gebracht werden. Sobald
der Polyester-Formling in. Ofen die Schmelztemperatur erreicht hat, schmilzt drn
Polyestergemisch und imprägniert die Wicklunger., Die Komponenten des lolyestergemisches
sind zweckmä-@ig so aufeinander abestimmt, daß eine verhältnismäßig dünnflüssige
Schmelze gebildet wird, die sich möglichst gleichmäßig zur den Wicklungen verteilt.
Anschließend hirtet das geschmolzene Polyester-Gemisch bei Erreichen der Aushärtetemperaturen
als Die imprägnierten Gegenstände werden dann so lange ir. Ofen auf oder über der
gewünschten Aushärtetemperatur gehalten, bis die Härtung vollständig it. Komponenter.
und Temperaturen werden zweckmäßig sc aufeinender eingestellt, @@@ die Aushärtung
möglietst scell nen der gleichmäßigen Verteilung der Schmelze er ir zu imprägnierenden
Wicklung erfolgt.
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Als Polyesterkomponente im Sinne der Erdindung sind insbesondere ungesättigte
Polyester mit einer Schmelzbeeich von etwa 60 - 120°C, vorzugsweise 70 - 90°C geeignet.
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Die Po'tester werden in bekannter Weise aus mehrbasischen Carbonsäuren,
insbesondere Dicarbonsäuren wie Maleinsäure, mehrwertigen, aus aliphatischen oder
aromatischen natur-und kettenabbrechenden Komponenten hergestellt, Da die Polyester
im oben genannten Temperaturbereich schmelzbar sein sollen, kommen bevorzugt linerare
oder schwach vernetzte Polyester infrage.
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Anpolymer4sierbare Verbindungen sind vorzugsweise Male in imid, riaRylcyanurat.
Ebenfalls im Sinne der Erfindung können verwendet werden: Vinylstearat, Acrylamid,
Metacrylamid etc.
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Wie bereits ausgeführt, sind die Polyesterkomponente und die anpolymerisierbare
Verbindung derart ausgewählt, daß ein Gemisch erhalten wird, das sich zu festen
Pormlingen verarbeiten läßt.
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Katalysatoren für die Formlinge gemäß der Erfindung sind beispielsweise
Dicumylperoxyd, Cyclohexanonperoxyd.
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Als Beschleuniger bzw. zusätzliche Beschleuniger mit den vorgenannten
Katalysatoren können beispielsweise Metallsalze organischer Säuren wie Eobalt-Naphthenat,
Kobaltoktoat, sowie feste tertiäre Amine verwendet werden.
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Wie bereite ausgeführt, sind Katalysatoren und/oder Besohleuniger
in Verbindung mit den reagierenden Komponenten
so abgestimmt. daß
die Aushärtung in der Regel mindestens etwa 1000, vorzugsweise etwa 20 - 300C über
dem Schmelzpunkt des Gemisches in kurzer Zeit erfolgt.
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Als zusätzliche Füllstoffe können gegebenenfalls gefällte Kieselsäure,
Talcum, Kreide und Quarzmehl dem Gemisch zugesetzt werden.
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Beispiel 1 a) Herstellung des ungesättigten Polyesterharzes: 180 g
Maleinsäureanhydrid und 275 g Phthalsäureanhydrid werden in einem 1 ltr.-Rundkolben
unter Rühren in Kohlendioxyd-Atmosphnre langsam gesflhmolzen und der Kolbennhalt
auf 1100C erwärmt. Sodann wird 545 g Dimethylolcyclohexan portionsweise eingetragen.
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Danach wird die Temperatur allmählich gleichmäßig steigend innerhalb
von 2 Std. auf 200°C erhöht und während einer halben Stunde auf dieser Höhe gehalten.
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Während dieses Vorganges wird das gebildete Wasser laufend abdestilliert.
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Während der anschließenden langsamen Abkühlung der Schmelze wird
portionsweise 70 ml Xylol zugefügt, um noch vorhandene Wasserspuren durch Abdestillieren
des Xylol-Wasser-Gemisches zu entfernen. Sodann wird wieder auf 2000C erhitzt und
die Temperatur 1,5 Std. gehalten.
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Zum Schluß wird zur Entfernung von Wasser- und Xylolresten kurz Vakuum
angelegt.
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Es resultiert ein festes, hellgelbes Polyesterharz mit. einer Säurezahl
unter 30 mg KOH/g, welches sich gut pulverisieren läßt. b) Vorbereiten der Komponenten:
Vor dem Vermischen werden alle Komponenten feinst pulverisiert uno durch ein Maschensieb
0,2 nach DIN 4188, Blatt 1 klassiert. Es werden nur Teilchen unter 0,2 mm verarbeitet.
c) Herstellen der Preßlinge: Die nach b) vorbereiteter. Komponenten, 50 g ungesättigtes
Iolyesterharz nach a), 48 g Maleinimid und 2 g Dicumylperoxyd, verden innig vermischt
und aus dieser Mischung ringf@nige @neSlinge von 2,7 g folgender Abmessungen hergestellt:
Innendurohchmesner 10 mm Aumendurchmeser = mii: Dicke = 2 bis 6 mm Die'Form des
Fre@lings ist weitgehend dem Wickelkopf des zu imp@@gnierenden Ankers angepaßt und
zwar so, daß außen eine etwa 6 mm und innen nur eine 2 mm betragende Dicke resultiert.
d) Schmelzimpr@gnierung eines Ankers: Der nach c) hergestellte Preßling wird auf
den dem Kollektor entgegengesetzten Wickelkopf eines Kleinankers aufgelegt und diese
Anerdnung se in einen auf Raumtemperatur befindlichen Trockenschrank eingebracht,
daß
die hnkerachee senkrecht steht und sich der Wii elkopf mit dem Preßling oben befindet.
Der Trockenschrank wird sodann so aufgeheizt, daß das Objekt nach etwa 12 min. 500C,
nach 16 min. 80°C, nach 24 min. 100°C und nach 42 min. 13000 angenommen hat. Die
Aushärtung erfolgt in etwa 20 min. bei 130 bis 1400C.
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Der so imprägnierte Anker hat folgende Abmessungen: Länge des Blechpaketes
14 mm Durchmesser des Blechpaketes 32 mm Wellenlänge 95 mm Wellendurchmesser 5 mm
Kollektor mit 12 Lamellen,Durchmesser 16 mm Zahl der Nuten Drahtdurchmesser O,12mm
Beispiel 2 a) Herstellung des ungesättigten Polyesterharzes: (wie in Beispiel 1
beschrieben). b) Vorbereiten der Komponenten: Die Komponenten werden wie in Beispiel
1 angegeben vorbereitet. Lediglich Triallylcyanurat und Vlnylstearat lasden sich
wegen ihres niedrigen Schmelzpunktes nicht so verarbeiten. m dieses trotzdem zu
ermöglichen, werden diese Substanzen aufgeschmolzen und z.B. gefälltes Siliciumdioxyd,
Talcum oder Kreide in einem Gewichteverhältnis vcn etwa 2 bis 40% zugemischt. Beim
Erstarren
der Schmelze ist darauf zu achten, daß sich diese Füllstoffe
nicht absetzen (rühren!). c) Herstellen der Preßlinge: Wie unter Beispiel 1 beschrieben,
werden die nach b) vorbereiteten Komponenten, und zwar 45 g ungesättigtes Polyesterharz
nach a), 40g Maleinlmid, 10 g Triallylcyanurat, 3 3 g Taicum und 2 g Cyclohexanonperoxyd,
vermischt und zu nierenformig gezogenen Preßlingen von 3,2 g gepreßt.
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Diese sind zum Imprägnieren von Feldspulen eines Kleinmotors geeignet
und haben etwa folgende Abmessungen: Gesamtlänge = 40 mm Dicke - 2 bis 6 mm Die
Form des Preßlings ist weitgehend der Spulenform angepaßt. Es muß dabei beachtet
werden, daß zu den Nuten hin mehr Tränkmittel vorhanden ist, um die völlige Imprägnierung
zu erleichtern. d) Schmelzimprägnierung einer Feldspule: Auf die beiden Feldspulen
eines Feldpaketes werden Je eine der unter c) beschriebenen Preßlinge aufgesteckt
und die Anordnung so in einen Trockenschrank eingebracht, daß die Nuten senkrecht
stehen und sich die Preßlinge oben befinden. Die Aufheizung dieses Objektes und
die Härtung des Tränkmittels geschieht analog Beispiel 1.
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Dies für dies Schmelzimprägnierung verwendete Feldpaket hat folgende
Abmessungen:
Zan@ dem Spulen : 2 zange der Nuten t 35 mm Paketinnendurchmesser
: 95 mm Drahtdurchmesser s 0,18 mm Beispiel 3 a) Herste'*mg des ungesättigten Polyesterharzes:
(wie in Beispiel 1 beschrieben). b) Vorbereiten der Komponenten: (wie in den Beispielen
1 und 2 beschrieben). c) Herstellen der Preßlinge: Die nach b) vorbereiteten Komponenten,
und zwar 40 g ungesättigtes Polyesterharz nach Beispiel 1, 20 g Maleinimid, 20 g
Vinylstearat, 8 g Kreide, 10 g Quarzmehl, 2 g Dicumylperoxyd werden nach dem Vermischen
zur Imprägnierung von Statorwicklungen zu ringfärmigen Preßlingen folgender Amessungen
verpreßt: Innendurchmesser = 45 mm Außendurchmesser = 65 mm Dicke = 3 bis 7 mm Die
Form des Preßlinge ist der zu imprägnierenden Spole angepaßt. d) Schmelzimprägnierung
eines Stators: der nach c) hergestellte Preßling wird auf eine Wickelkopfseite
der
Statorspule aufgelegt und diese Anordnung so in einen Trockenschrank eingebracht,
daß sich der Preßling oben befindet und die Nuten senkrecht stehen. Die brige Behandlung
erfolgt analog Beispiel 1.
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Der so imorägnierte Stator hat folgende Abmessungen: Innendurchmesser
des Blechpaketes 40mm Außendurchmesser des Blechpaketes 70mm Zahl der Nuten 12 Drahtdurchmesser
0,22mm Patentansprüche: