DE1613306A1 - Verfahren zur Herstellung eines gekapselten Stators einer rotierenden elektrischen Maschine - Google Patents

Description

• Ysrfahr.en zur lierstellung:. einen- ge-

  kapgelten Statore .einer rotierenden:'

  elelsti@achen Magahine.,

  Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahrens' zur

  Herstellung -eines druck- und temp®raturfegten, chemi-

  kalienbe$tgndigen, -in einem Gehguse emekApoelten bevik-

  keltere Stators einer rotierenden elelctrachen Maschine. bei

  welcher zur räumlichen Trennung des ßtators vom Rotor ein

  durch Jen -Luftspalt der idaechine geführtea9 verdickte -En.-

  den

  Spaltrohr mit stirnseitigen Endteilen gas-

  und/oder flüssigkeitsfest verschweisst wird. -

  Es ist bekannt, Maschinenteile; die einem hohen:Druck aua-.

  gesetzt sind und-beispielsweise im Kontakt mit einer che- r

  misch zersetzenden' FlUsssigkeit stehen, dadurch zu schützen,

  dasa_-se vollständig- gekapselt werden,-- wobei, das-,ftri die.

  Kapselung: in einem Gehäuse verwendete Material der cheaisahen Zersetzung widersteht, Beispielsweise werden her- zu verschiedene Stahllegierungen verwendet. Wenn der auf- tretende Druakuntersahied sehr gross ist, z.B, einige 100 at beträgt, muss rür das Gehäuse eine sehr grosse Wandstärke vorgesehen und berücksichtig werden, dann zum 9ahwesäen von gasdichten Schweissnähten für die Statorwckl:ung unzulässig hohe Temperaturen notwendig werden, Das Gehäuse wird deshalb verglichen mit dem zu Maschinenteil schwer und-aufwendig sowie technisch schwierig in der Herstellung.
• Es ist ferner bekannt, zur räumlichen Trennung den Stators vom Rotor ein: durch den Luttapalt der rotierenden elektrischen Maschine geführten Spaltrohr vorzusehen: Bin derartiges Spaltrohr muss vor allem bei einer Asynchron= maschine mit-den dort üblichen kleinen Abständen von Stator und Rotor dünnwandig sein. Die Wandstärke de Spalt- rohes darf beispielsweise höchstens l mm betragen, muss aber meistens kleiner sein. Sohweiaßtechniach entstehen nun beträchtliche Schwierigkeiten, wenn die Spaltrohre an ihren Enden mit Endscheiben oder ähnlichen Elementen zwecks Kapselung des-Stators gas- und/oder flürsigkeitsdieht ver-

  schweisst worden sollen, da hierfür eigne durchgehende

  Schweinenaht zwischen jede® Spaltrohrende und dem ent-

  sprechenden Endteil erforderlich ist.

  Besonders grons sJhd die Schwierigkeiten bei der-Her-

  stellung der Schweinenähte, :wenn in einem der beiden

  durch das Spaltrohr getrennten .Bäume waoeände Druckver-

  hältnisse gegenüber dem anderen Raum herrschen.. Da das

  an das Spaltrohr anzusohw:seeende Endteil ungefähr die

  gleiche Wandetärhe wie dr Spaltrohr aufweisen sussg um

  eine einwandfreie Versohweissung zu ermöglichen, wUaste auch

  diente mehr dünnwandig sein, Eine mechanische steife

  AusfUhrung der Kapseung zur Schonung. leer Schweinenähte

  vor Biegebeanspruchungen ist aber bei derartigen Wand-

  stärken :kaum möglich. _

  Zweck der Erfindung irrst, dies angeführten Nachteile zu ver-

  meiden. Rrfindungsgewäss .ist das Verfahren dadurch ge-

  keennzoiohnetdass ein Bohr, ,desaeh Wandstärke der an sei-

  nen Enden vmrbestimten Dicke wand dessen eine Durchmesser

  des _luftspaltseeitigen Durchmesser des Stat®ra entsprechen,

  in bzwe auf den Statur gebracht und: a seinen :Faden der-

  art radial geweitet bzw. gestaucht wird, dass sein ande-

  rer Durchmesser an, den Enden mindestens angenähert gleich

  dem erforderlichen rotorseiitigen Durchmesser des Spalt- rohes wird, wobei nach dem Aufschweissen der Endteile die rotorseitige Fläche des Rohrs auf das Endmass bearbeitet wird, dass anschliessend die Endteile mit einem Gehäusemantel zu einem aus dem Spalt»hr , den Endteilen tInd dem Gehäusemantel bestehenden Gehäuse gas- und/oder flüssig- keitsfest verschweisst werden, worauf das Gehäuse kompakt mit Quarzsand eine zwischen 0,5 und 4 mm liegenden Korngrüsse ausgefüllt wird, der Quarzsand nach dem Einfüllen vibriert und schliesslich mit einem dünnflüssigen, härtbaren, gegen die Einwirkung chemischer Stoffe beständigen Harz imprägniert wird.
• Das Verfahren wird naehwfolgend am Beispiel eines gekapselten Stators einer elektrischen Maschine, z*B. eines Motors, erläutert, der zwischen l bis 50o at wechselnden Druckes ausgesetzt wird, im Temperaturbereich von -3o bis +3o°C"betrieben wird, und gleichzeitig mit einer aggressi- ven, flüssigen Lösung in Berührung steht, wie beispiels- weise flüssigen Alkali-Ammoniaklüsungen. In der-Zeichnung zeigen im Fig. 1-3 drei aufeinanderfolgende Verfahrensstufen bei der Herstellung eines teilweise dargestellten Spaltrohrs für einen Innenläufer,

  Fig..4_6 drei aufeinanderfolgende Verfahrensstufen bei

  der Herstellung eines teilweise dargestellten

  Spaltrohrs für einen Aussenläufer',

  Zur. Kapselung wird der bewickelte Stator in ein verschweiss-

  tes Stahlbleehgehäuae eingebettet, das aiohaus einem-

  zylindrischen Aussenmantel, einem zylindrischen Rohr,

  das durch den zwischen dem_&taator und. de» Rotor :liegenden

  luftspdlt fUhrt und. -sehr dürnzwandig - ist, sowie : beideeiti-

  gen gndeaheuen besteht, die- mit-den Aussegmantelund

  dem Spaltrohr - fltissigkeitsfest xersehxeisst sind. Die

  Herstellung des Spaltrohrs und seine Versehressung mit

  den Endscheiben erfolgt hierbei iri der nachstehend anhand

  der Fig. 1 bis 3 beschriebenen Weise:. -

  Ein in Fig. 1 ausschnittsweise dargestelltes, zylindrisohes Rohr l weist einen äusseren Durchmesser D auf, der dem- jenigen des Stators der elektrisohen Maschine, in Welchen es eingesetzt werden soll, entspricht. Die Wandstärke des Rohrs ist entsprechend der Stärke der verdiokten Enden des Spaltrohrs gewählt. Das Rohr 1 wird in die Bohrung des schematisch dargestellten Stators 2 eingeführt und-ist über die stirnseitigen Enden des Statora 2 hinaus verlängert. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, wird nun das Rohr I an den beidseitigen Enden, von welchen nur eines dargestellt ist, radial geweitet. Dies kann beispielsweise durch Aufdornen oder Aufrollen erfolgen. Die Wandstärke den Rohre verringert sich hierbei an seinen Enden geringfügig. Diesem Umstand kann dadurch Rechnung getragen werden, das' ein Rohr l.verxendet wird, dessen Wandstärke etwas grösser als die gewünshhte@Vandstärke der rufgeweiteten Rohrenden ist. Das Aufreiten der Endendes Rohrs 1 erfolgt.dabei: so, dass der Innendurchmesser d an den Rohrenden mindestens angenähert gleich den im Endzustand-des Spaltrohrs erforderliehen Inndurchmesser, also um den nötigen Luftspalt grösser als der Durehnesser des Rotors ist. Auf die Enden den Rohre l werden nun gndteile 3, beispielsweise kreiaringförmige_Scheiben, aufgeschweisst. Solche Radscheiben sind ihrerseits mit einem beispielsweise zylindrischen, nicht dargestellten Auasenmantel.yerschweiest, der zusammen mit den Endscheiben 3 und dem Rohr leine allseits geahlossene Kapselung den Stators bewirkt. Da das Rohr 1 über seine ganze Länge-und insbesondere an seinen Enden eine Wand- stärke von einigen Millimetern aufweisen kann, können auch Endscheiben 3 mit entsprechender Wandstärke ver- wendet werden. Die verschweissung kann also längs einer geschlossenen gas- und/oder flüssigkeitsfesten Schweinenaht ohne Schwierigkeiten erfolgen.

  In einem nächatexi Verfahre nasohritt wird die Innenseite

  des iRohrs 1 längs der in Fig. 2 angedeuteten Linie 5

  auf den gewUnahten Innendurchmesser d ausgedreht (Pik. 3).

  Date Mittelpartie des Rohrs 1 kann deshalb sehr dünnwandig

  sein, z-.B. weniger als -1 mm, so-dass ein geringer Luftspalt

  -zwischen-,dem Stator 2-und dem nicht dargestellten Rotor

  -möglich ist*- Ferner ist es n vorteilhafter Weise möglich,

  den Rotor.beidaeitig in die:3tatorbohrungeinzuführen,

  da die Innenseite des-Spaltrohrs durchgehend zylindrisch

  ist. Mit den verdickten Enden des Rohrs i wird eine steife

  Aueferzielt, bei welcher die Schweissnähte: 4 höch-

  atens geringfeig auf Biegung beansprucht-sind

  itaa in-der beschriebenen Weise hergestellte Gehäuse wird

  ferner mit einem eine .Deffnung aufwesenden Stutzen ver-

  sehen, durch welche die Zuleitungen zur Statorwicklung ge-

  fUhrt=-Xerden und die Materialien zum: Ausgiessen des Ge-

  hauaea, -wie nachfolgend beschrieben, eingeführt werden.

  Als weitere Operation kann in an sich bekannter weise

  eine Vorimprägnierung des Stators vorgenommen werden.:---

  Durch-- diese= Operation werden-die zum Teil .sehr kleinen

  Hohlräume. .in den Nuten-sowie den Wicklungsköpfen ausge-

  Pullt und die Vieldung verfestigt.. Das für die Vorimpräg-

  nierung verwendete: Harz, beispielsweise ein warmhärtendes Epoxydharz, braucht gegenüber der f1Us$igen, aggresaia ven Lösung nicht beständig zu sein. Die Imprägnierung wird in üblicher Weise im Vakuum vorgenommen, worauf die Aus- härtung des Harzen in einem Ofen erfolgt.
• Um die Kapselung den Stators druckfest und unempfindlich gegen Temperaturschwankungen, insbesondere bei tiefen Temperaturen, zu machen sowie um einen Angriff aggres- siver Chemikalien Uber die Zuleitungsdurchführungen zu ver- hindern, wird nun das Innereaba Gehäuses mit einer ent- sprechenden Füllung versehen. Zu dieser Zweck wird durch den im Gehäuse vorgesehenen Stutzen reiner, trockener Kristallquarzsand mit einem Hauptkornanteil-zwischen 095 bis # mm, vorzugsweise. aber zwischen l bis 2 mm, ein- gefüllt. Um eine gleiahmäasige SohUttung des Quarzsanden zu erreichen, und um das Schüttgewicht zu erhöhen, ist es vorteilhaft,.den gekapselten Stator zu vibrieren, bis das Niveau des eingefüllten Quarzsandes im Gehäuse, bzw. im Gehäusestutzen nicht mehr sinkt und die Sandkörner sich gegeneinander abstützen.
• Anschliessend wird der Stator im Vakuum längere Zeit ge- trocknet. Zum Imprägnieren den Quarzsandes und zur Erzeugung einer druckfesten Bindung zwischen den Quarzkörnern wird hierauf ein dünatlUsaiges, kalthärtendes, im ausgehärteten Zustand von der vorliegenden aggressiven Lösung nicht angreifbares Harz,- z.B: eine entsprechende_-Epoxydharzmischung,_im Vakuums durch den Stutzen eingefüllt, bis die Eingiessöffnung mit genügend Harz überdeckt -ist-und der Harzspiegel bei Atmoophä;rendruok nicht mehr absinkt. Zur Aushärtung des Harzes wird der gekapselte Stator bei 'Raumtemperatur gelagert". .
• Damit die ebenfalls in das Harz ei.gegoesenen Zuleitungsdrähte nioht-starr durch den Stutzen aus dem_8tator gefUhrt werden müssen, ist ea vorteilhaft, das Harz nicht bis zur Oberkante den Stutzens einzugiessen und die Zuleitungsdrähte im freien Stutzenraum, z.B. mit einer Silikonelaatoaer-Verguaamasse oder einen andern plastischen Material einzugiessen. Als Abschluss wird ein mit-Löchern ,für die Drähte versehenes Absahlussstück,.beispelsweise aus Silikon-Glasgewebe, das satt in den Stutzen passt, -auf die Silikonelastomer-Maase gepresst.. Eine derartige viskoelastisehe Dichtung verhindert durch kalten Fuss unter dem vorliegenden, hohen Druck, dass eine Flüssigkeit wie Petrol durch Haarrisse eindringen kann, die indem -in das Gehäuse eingegossenen Harz sowie zwi:ohen dem Harz und dem Gehäuse infolge unvermeidlichen Schwundes unter-Umständen auftreten können. Andererseits kann aioWeine Silikonelastomer-Dichtung den wechselnden Drucken an- passen und besitzt die erforderliche Chemikalienbeständig- keit.

  Eine weitere Möglichkeit, den.ßtutzen des Gehäuses mit

  einer chemisch widerstandsfähigen Dichtung zu versehen,

  besteht darin, die Oeffnung den Stutzen* mit einem

  Porzellankitt oder einer anderen keramisehen Masse aus-

  zukitten und sorgfältig zu trocknen. Hierauf wird die

  keramische Masse unter Vakuumimprägniert, beispielsweise

  mit Paraffin oder einem Bpoaydharz. Eine solche Dich-

  tung mit einer imprägnierten keramischen Manne eignet

  sieh besonders als strahlenbeständig® Isolation. Die Verwendung von Paraffin: zur Imprägnierung ist jedoch =ur möglich, Wenn keine Lösungsmittel wie TOlÜOl oder Petrol vorhanden sind. Die eingebrachte, aus einer Mischung von Quarzsand und- einem aushärtenden Harz bestehende Vergussmasse hat sich als ausserordentlich druckfest erwiesen. Eine auch nur argenäherte Druckfestigkeit lässt sieh durch bekanntes Ausgiessen mit einem härtbaren Harz auch bei hohen Mineralmehlzusätzen nicht erzielen. Zudem hat es sich gezeigt,

  dann sieh ein maximaler wert der Druokfestigket_dann

  erreichen lKestwem erst der Quarzsand an Ort und

  Stelle gebracht -und anspiessend mit-den Harz i®präg--

  eiert xird.

  _D» Verfahren der@ßrfinamng wurde vorgängig anhand den

  Beispiels einer=Inmenlgutermasahne-besohrieben. Ba

  läset sich aber-auch fUr eine Aussenläufermasehine an-

  wenden, bei xeloher der zu kapsende,Stator im innern des

  Rotors liegt. Die Herstellung den in Luftspalt zwischen

  des Rotor und den Stator-angeordneten Spaltrohrs, das zu-

  sannen mit Endscheiben des Gehäuse !fr den Stator bildet,

  kann anhand der Fig. bin-#6 mief folgt erläutert werden: -

  Gewann iFig.-4 wird ein_Rohr 6, dessen Innendurchmesser d

  desjenigen eines einzkmpselnden. bewickelten Stators 7-

  entsprjoht -und das eine. Sandstärke s aufweist, auf den

  Stutor 7 ausgebracht, wobei die axiale Länge des Rohrs 6

  grösser ist als diejenige den Stators 7. itie in Fg. 5

  dargestellt, werden die Enden cbs ]Rohrs 6 kreisfdrmg und

  radial. gestaucht und zwar so weit, dass der @ Aussendureh-

  messec D am Rohrende -mindestens angenähert den Aussenduroh-

  vesser -des ,fertigen: Spatrahrs e-htspriohtIn beide Rohr-

  enden erd:- eine kreiefarmige Scheibe 8 eingeschweisst,

  deren Dicke ungefähr gleich der Rohrdicke ist. Schliessliah wird gemäss Fig. 6 die Aussenseite des Rohrs 6 auf den endgültigen Durchmesser D längs der Linie 1E1 von Fig. 5 überdreht.
• In der Endscheibe 8 wird nun eine Oeffnung, beispielsweise eine Lippe, vorgesehen, durch welche dis Zuleitung zur Statorwicklung geftlhrt werden und anschliessend die Materialien zum Ausgiessen des aus dem Spaltrohr 6 und den beidseitigen Endscheiben 8 bestehenden Gehäuses in der vorbessehriebenen Weise eingeführt werden.

Claims (1)

1. P a t e n t a- n a p .r U c h e 1. Verfahren zur Herstellung eines druck- und.temperaturfesten, chemikalienbeständigen, in einem Gehäuse eiregekapselten bewickelten Stators.einer rotierenden elektrischen Maschine, bei welcher zur räumlichen TrernIung des Stators vom Rotor ein durch den Luftspalt der Maschine gefihrtes verdickte Enden-aufweisendes Spaltrohr mit stirnseitigen Endteilen gas- und/oder flüssigkeitsfest wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein. Rohr (1:,:` dessen, Wandstärke (s) der an seinen Enden@vorbestimmten.Deke und dessen eine Durchmesser (D; d) dem luftspaltseitigen Durchmesser des Stators (2,.7) entspreoben, in bzw. auf den Stator (2, 7) gebracht und an seinen Enden derart radial geweitet bzw: gestaucht wird=dasa sein, anderer Durchmesser (d, D) an den.Enden mindestens angenähert gleich dem erforderlichen rotorseitigen Durchmesser den Spaltrohrs wird, Wobei nach dem Aufschweissen der Endteile `(.3, 8) die rotorseitg®n Flächen des Rohrs (16) auf. das Endmass (dl, D) bearbeitet wird, dann anaahliessend die Endteile (3, 8) mit einem Gehäusemantel zu einem- aus dem Spaltrohr, den Endteilen und dem Gehäusemantel bestehenden Gehäuse gas- undoder flüssigkeitsfest verschweisst werden, worauf das Gehäuse kompakt mit Quarzsand einer zwischen 0,5 und 4 mre. liegenden Korngrösse ausgefüllt Wird, der Quarzsand nach dem Einfüllen vibriert und. schliesslich mit einem dünnflüssigen, härtbaren, gegen- die Einwirkung chemischer Stoffe beständigen Harz imprägniert wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Imprägnieren des Quarzsandes das Gehäuse mit einem kalt- härtenden Harz, z.B. einem Epoxydharz, unter Vakuum ver- Sonnen wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf das Gehäuse ein Stutzen zu® Durchführen elektrischer Leitungen und zum Einfüllen des Quarzsandes und den Giessharzes aufgeschweisst wird. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen im Stutzen mit einer Bilikonelastomer-Masse vergossen werden und dass als Abschluss ein Silikon-Glas- gewebestück in den fitzen eingepresst wird. 5.= Rotierende elektrische Na:ohhe' - dadurch gekennzeich- net" dass der bewickelte Stator der Maschine -gemäss dem Yertahren nach eine® oder mehreren der AneprUche bis hergestellt ist-,