DE19520332A1 - Nutisolation - Google Patents

Description

TECHNISCHES GEBIET

Bei der Erfindung wird ausgegangen von einer Nutisolation nach dein-Oberbegriff von Patentanspruch 1.

STAND DER TECHNIK

Mit dem Oberbegriff nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik von Nutisolationen bezug wie er beispielsweise in DE-C1-40 23 903 beschrieben ist. Eine in diesem Stand der Technik beschriebene Nutisolation enthält einen durch Faltung mehrerer Lagen Kunststoffpapier gebildeten, im wesentlichen U-förmiges Profil aufweisenden Isolierstoffkörper. Im Verbindungsteil der beiden Schenkel des U ist ein über die Länge der Nutisolation geführtes Verstärkungsteil aus einem feuchtigkeitsabweisenden, faserverstärkten Kunststofflaminat vorgesehen, welches das Verbindungsteil mechanisch verstärkt und der Abstützung eines in der Nut geführten Leiters auf dem Nutgrund dient. Durch Verkleben mehrerer schichtförmig übereinander angeordneter Papierlagen mit einem elastisch verformbaren Material wird erreicht, daß sich die Papierlagen beim Falten des Papiers praktisch spannungsfrei gegeneinander verschieben können. Beim Einbau in eine Nut kann so die Nutisolation problemlos an die vorgegebene Form der Nut angepaßt werden.

Das Kunststoffpapier weist durch Kalandrieren verfestigte und überwiegend parallel zur Papieroberfläche ausgerichtete Fasern aus einem feuchtigkeitsabsorbierenden, dielektrisch hochwerti­ gen Kunststoff, vorzugsweise einem aromatischen Polyamid, auf. Ändert sich der Feuchtigkeitsgehalt der umgebenden Luft, so ändert sich auch der Feuchtigkeitsgehalt des Papiers. Bei einer Zunahme der Luftfeuchtigkeit von 0 auf ca. 90%, dehnen sich die Fasern parallel zur Papieroberfläche und bewirken eine Vergrößerung der Schenkel der Nutisolation um ca. 1 bis 2%. Hingegen beeinflußt die Feuchtigkeitsänderung die Form des Verbindungsteil nicht, da dort die Fasern wegen des feuchtig­ keitsunempfindlichen, faserverstärkten Kunststofflaminats über die gesamte Länge der Nutisolation starr gehalten sind und keine Dehnbewegung des Kunststoffpapiers hervorrufen können. Als Folge dieses unterschiedlichen Dehnverhaltens verwerfen sich die Schenkel des U, werden uneben und weisen starke lokale mechanische Spannungen auf.

Aus GB-PS-788 520 ist eine U-förmige Nutisolation für dynamo­ elektrische Maschinen bekannt, welche aus einem Laminat geformt ist, das auf der Außenseite des U eine Papierschicht und auf der Innenseite eine Schicht aus Polyäthylen-Terephthalat aufweist. Die beiden Schichten sind miteinander durch einen geeigneten Kleber verbunden, etwa einen solchen auf der Basis Gummi-Latex. Eine solche Nutisolation weist allseits eine hohe Flexibilität auf. Nach Einbau in eine Nut der Maschine ist sie daher im Nutgrund nicht kraftschlüssig fixiert. Der Boden dieser Nutisolation weist zudem geringe Steifigkeit und Festigkeit auf, so daß es erforderlich ist, zusätzlich feste Laminateinlagen in den Boden einzukleben.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung, wie sie im Patentanspruch 1 definiert ist, liegt die Aufgabe zugrunde, eine Nutisolation der eingangs genannten Art zu schaffen, welche auch bei starken Feuchtigkeitsschwan­ kungen der umgebenden Atmosphäre ihre morphologische Form praktisch unverändert beibehält.

Die Nutisolation nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß sie trotz Aufbaus aus zwei Materialien stark unterschied­ lichen Feuchtigkeitsaufnahmevermögens auch bei beträchtlicher Feuchtigkeitsänderung der umgebenden Atmosphäre praktisch keine unerwünschte Formänderung erfährt. Unerwünschte Welligkeiten der Schenkelisolationsbahnen entfallen so trotz eines abrupten Materialüberganges am Fuß der Schenkelbahnen weitgehend. Dies ist vor allem eine Folge eines geeignet gewählten und ausgebil­ deten Kunststoffpapiers, welches sich bei einer Feuchtigkeits­ änderung überwiegend quer zur Papieroberfläche dehnt und daher praktisch spannungsfrei mit einem parallel zur Papieroberfläche angeordneten, feuchtigkeitsabweisenden und faserverstärkten Kunststofflaminat verklebt werden kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt:

Fig. 1 eine Aufsicht auf einen quer zu einer Nut geführten Schnitt durch eine erste Ausführungsform der Nutisolation nach der Erfindung, und

Fig. 2 eine Aufsicht auf eine quer zur Nut geführten Schnitt durch eine zweite Ausführungsform der Nutisolation nach der Erfindung.

WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

In Fig. 1 bezeichnet 1 eine beispielsweise im Rotor eines Hoch­ stromgenerators verwendete Nutisolation mit U-förmigem Profil. Diese Nutisolation besteht im wesentlichen aus einer Lage 2 eines flexiblen, feuchtigkeitsaufnehmenden Kunststoffpapiers von typischerweise bis zu einem Millimeter Dicke. Als Material für den Kunststoff werden bevorzugt hochtemperaturfeste aromatische Polymere mit hoher dielektrischer Festigkeit, wie insbesondere Polyamide, verwendet. Zur Erzielung guter mechanischer Eigenschaften ist das Papier kalandriert und enthält überwiegend parallel zur Papieroberfläche ausgerichtete Fasern eines ersten und eines zweiten Typs. Die Fasern des ersten Typs weisen eine höhere dielektrische Festigkeit als die Fasern des zweiten Typs auf, wohingegen die Fasern des zweiten Typs bei einer Änderung ihres Feuchtigkeitsgehalts parallel zur Papieroberfläche eine geringere und quer zur Papierebene eine höhere Verformung aufweisen als die Fasern des ersten Typs.

Ein typisches Material für die Fasern des ersten Typs ist ein aromatisches Polyamid, wie es unter der eingetragenen Handels­ marke Nomex® von der Fa. Dupont in Form eines dielektrisch hochwertigen Kunststoffpapiers vertrieben wird. Ein typisches Material für die Fasern des zweiten Typs ist ein aromatisches Polyamid, wie es unter der eingetragenen Handelsmarke Kevlar® von der Fa. Dupont in Form eines dielektrisch hochwertigen Kunststoffpapiers vertrieben wird. Ein aus einer Mischung von Polyamidfasern der Papiere Nomex® und Kevlar® bestehendes Kunststoffpapier ist als Versuchsprodukt von der Fa. Dupont hergestellt worden und weist eine um ca. 20 bis 30% geringere dielektrische Festigkeit auf als ein vergleichbar dimensionier­ tes Kunststoffpapier Nomex®. Hingegen weist ein solches Papier bei einer Feuchtigkeitszunahme von ca. 0 auf ca. 90% mit 0,25% eine ca. 5 bis 10-fach geringere Dehnung parallel zur Papieroberfläche auf als das entsprechend dimensionierte Papier Nomex®.

Ein die beiden Schenkel des U verbindendes Teil 3 ist in einem vergleichsweise starr ausgebildeten, mechanisch hochbelastbaren und auf dem Grund der nicht dargestellten Rotornut aufsitzenden Verstärkungselement 4 enthalten. Die Steifigkeit und mechanisch hohe Belastbarkeit des Verstärkungselements wird durch ein faserverstärktes Kunststofflaminat, beispielsweise ein glasfaserverstärktes Polymer auf der Basis eines Epoxids oder eines Polyesters, erreicht, welches mit einem heißhärtenden Kleber, etwa auf der Basis Epoxid oder Polyester, auf der Außenfläche des Verbindungsteils 3 befestigt ist.

Die Nutisolation 1 wird durch Heißpressen eines vorgefertigten Prepregs aus der Kunststoffpapierlage 2 mit einer auf der Außenseite des Verbindungsteil 3 vorgesehenen Klebeschicht und des auf der Klebeschicht angeordneten Kunststofflaminats erreicht. Das Heißpressen wird bei einer Luftfeuchtigkeit von praktisch 0% durchgeführt.

Nach dem Heißpressen nimmt die Luftfeuchtigkeit im allgemeinen wieder erheblich zu. Auch bei einer Zunahme der Luftfeuchtig­ keit auf über 90% weist die Nutisolation 1 nach dem Heißpressen in den beiden Schenkeln des U ebene, wellenfreie Isolationsbahnen auf (linke Hälfte von Fig. 1). Beim Einlegen in die nicht dargestellte Rotornut werden die Schenkel des U an den Nutflanken aufgefaltet. Hierbei können zusätzliche, etwa als Abkröpfungen 5 ausgebildete Faltungen in die Schenkeln des U eingeformt werden.

Die in Fig. 2 dargestellte Nutisolation 1 von vorzugsweise U-förmigem Profil enthält zwei schichtförmig angeordnete Lagen 6, 7 des bei der Ausführungsform nach Fig. 1 verwendeten Kunst­ stoffpapiers. Die Dicke des Papiers ist jedoch nur halb so groß, beispielsweise 0,5 mm. Bei gleicher Wandstärke der Nutisolation 1 wird hierdurch gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 1 eine verbesserte dielektrische Festigkeit erreicht. Zugleich wird die Faltbarkeit erleichtert. Zusätzliche Verbesserungen der Nutisolation 1 werden bei gleichbleibender Wandstärke mit mehr als zwei Lagen erreicht.

Eine weitere Verbesserung der dielektrischen Festigkeit wird durch eine zwischen den beiden Kunststoffpapierlagen 6 und 7 angeordnete Kunststoffolie 8 erzielt. Diese Folie besteht aus einem dielektrisch hochwertigeren, mechanisch jedoch weniger hoch beanspruchbaren Material als das Kunststoffpapier der Lagen 6 und 7. Typische Materialien dafür sind Folien auf der Basis von Polyester, Polycarbonat oder Polyimid.

Die beiden Kunststoffpapierlagen 6, 7 sowie die gegebenenfalls vorgesehene Kunststoffolie 8 sind im Bereich des Verbindungs­ teils 3 mittels nicht dargestellter Klebeschichten unter Bildung des mechanisch hoch belastbaren Verstärkungselementes 4 verbunden. Die Klebeschichten bestehen vorzugsweise aus einem wärmeausgehärteten oder kaltgetrockneten Polymer, etwa auf der Basis von Epoxid oder Polyester.

Die Nutisolation 1 wird durch Heißpressen vorgefertigter Prepregs aus den Kunststoffpapierlagen 6, 7 mit den im Bereich des Verbindungsteils 3 vorgesehenen Klebeschichten und der zwischengelegten Kunststoffolie 8 erreicht. Die nach dem Heißpressen zunehmende Luftfeuchtigkeit verändert wegen der geeignet ausgewählten und angeordneten Materialien die Form der in den Schenkeln des U befindlichen aufgefächerten, wellen­ freien Isolationsbahnen praktisch nicht (linke Hälfte von Fig. 1). Beim Einlegen in die nicht dargestellte Rotornut werden die Schenkel des U an den Nutflanken aufgefaltet. Hierbei können zusätzliche, etwa als Abkröpfungen 5 ausgebildete Faltungen in die Schenkel des U eingeformt werden.

Bezugszeichenliste

1 Nutisolation,
2 Kunststoffpapierlage,
3 Verbindungsteil,
4 Verstärkungselement,
5 Abkröpfungen,
6, 7 Kunststoffpapierlagen,
8 Kunststoffolie

Claims (6)

1. Nutisolation (1) mit einem durch Faltung von kalandriertem Kunststoffpapier gebildeten, im wesentlichen U-förmiges Profil aufweisenden Isolierstoffkörper aus einem feuchtig­ keitsabsorbierenden, dielektrisch hochwertigen Kunststoff, wobei der Isolierstoffkörper ein im Verbindungsteil (3) der beiden Schenkel des U vorgesehenes und über die Länge der Nutisolation (1) geführtes Verstärkungselement (4) mit einem feuchtigkeitsabweisenden, faserverstärkten Kunst­ stofflaminat aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunststoffpapier überwiegend parallel zur Papieroberfläche ausgerichtete Fasern eines ersten und eines zweiten Typs enthält, daß die Fasern des ersten Typs eine höhere dielektrische Festigkeit als die Fasern des zweiten Typs aufweisen, und daß die Fasern des zweiten Typs bei einer Änderung ihres Feuchtigkeitsgehalts parallel zur Papier­ oberfläche eine geringere und quer zur Papieroberfläche eine höhere Verformung aufweisen als die Fasern des ersten Typs.

2. Nutisolation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper eine Lage Kunststoffpapier (2) enthält, und daß das Verstärkungselement (4) ein faserverstärktes Kunststofflaminat aufweist, welches auf der Außenfläche des Kunststoffpapierlage (2) im Bereich des Verbindungsteils (3) befestigt ist.

3. Nutisolation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierkörper mindestens zwei schichtförmig übereinander liegende und im Verbindungsteil (3) verklebte Lagen Kunststoffpapier (6, 7) enthält.

4. Nutisolation nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den mindestens zwei Lagen (6, 7) Kunststoffpapier mindestens eine Kunststoffolie (8) mit einer gegenüber dem Kunststoffpapier höheren dielektrischen Festigkeit angeordnet ist.

5. Nutisolation nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolie (8) von einem Polymer auf der Basis von Polyimid, Polyester oder Polycarbonat gebildet ist.

6. Nutisolation nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Fasern jeweils von einem Polymer auf der Basis eines aromatischen Polyamids gebildet sind.