-
Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Vergießen
von eine Wicklung aufweisenden elektrischen Bauteilen, wie Statoren,
Rotoren, Transformatoren oder Spulen, bei dem das Bauteil in eine
Gießform eingesetzt und mit Gießharz vergossen
wird und in der Gießform ein zumindest teilweises Aushärten
erfolgt.
-
Bei
einer derartigen Vorrichtung, wie sie in der
DE 33 23 154 A1 angegeben
ist, wird ein in einer Gießform aushärtbares Gießharz
in eine Gießform gegossen, in der sich das z. B. mit Strom
vorgewärmte elektrische Bauteil mit der Wicklung befindet.
Da es zur Isolation der einzelnen Windungen der Wicklung und gegebenenfalls
auch zur Stabilisierung der Wicklung erforderlich ist, dass das
Gießharz in die Zwischenräume der in der Regel
viellagigen Wicklung eindringt, wird beim Vergießen in
dem das Bauteil aufnehmenden Raum der Gießform zunächst
ein Unterdruck erzeugt und ein Rühren durchgeführt
und anschließend ein Überdruck ausgeübt,
um Lufträume innerhalb der Wicklung zu verdrängen
und das Gießharz eindringen zu lassen. Für den
Gießvorgang unter Unterdruck bzw. mit Überdruck
wird die Wicklungsheizung abgeschaltet. Ist der Gießvorgang
abgeschlossen, wird das Bauteil mit der Vergussmasse unter Aufbringen
von Stromwärme vernetzt und einem Trocknungsvorgang zum
Aushärten unterzogen. Ein derartiger Fertigungsvorgang
ist relativ aufwändig.
-
Auch
bei Vorrichtungen zum Durchführen von Imprägnierverfahren,
die eine andere Art zum Isolieren und Verfestigen von Wicklungen
darstellen, wird, wie beispielsweise in der
DE 196 31 474 A1 gezeigt,
ein Vakuum erzeugt, um ein sicheres Eindringen des Imprägniermittels
in die Zwischenräume der Wicklung zu erreichen. Anschließend
wird das aus dem Imprägnierbehälter herausgenommene
Bauteil abtropfen lassen und getrocknet. Bei dem Imprägnierverfahren
wird zum Optimieren der Vorgänge der Wicklung zum Aufwärmen
Strom zugeführt. Eine ähnliche Vorgehensweise
beim Imprägnieren mit Tränkmitteln ist auch in
der
EP 0 939 962 B1 vorgeschlagen.
-
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art bereitzustellen, mit dem die Fertigungsvorgänge
beim Vergießen mit möglichst wenig Aufwand durchführbar sind,
wobei das Eindringen des Gießharzes in die Wicklung zuverlässig
gewährleistet ist.
-
Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
-
Es
hat sich überraschend gezeigt, dass die Aufwärmung
der Wicklung mit Strom unter Atmosphärendruck ohne Erzeugen
eines Vakuums oder eines Überdrucks in der Gießform
ein zuverlässiges Eindringen des Gießharzes in
die Hohlräume der Wicklung bewirkt, so dass auf die Erzeugung
eines Vakuums oder eines Überdrucks gänzlich verzichtet werden
kann.
-
Durch
das Anwärmen der Wicklung mit elektrischem Strom lässt
sich die Anwärmung homogen in gewünschter Weise
genau dosiert und mit hohem Wirkungsgrad erreichen. Zusätzlich
ist noch eine elektrische Erwärmung transformatorisch oder über Induktion
möglich.
-
Der
Gießvorgang kann ferner dadurch optimiert werden, dass
während des Gießvorganges das Bauteil und/oder
die Gießform gerüttelt oder rotiert wird/werden,
wodurch auch bei engen Hohlräumen die Luft sicher verdrängt
wird und das Gießharz eindringt.
-
Der
Fertigungsprozess wird ferner dadurch begünstigt, dass
das Bauteil nach dem Gießvorgang in der Gießform
durch Beaufschlagen mit Strom ausgehärtet wird, wobei die
Stromwärme zu einem gleichmäßigen, optimierten
Aushärtungsprozess beiträgt.
-
Eine
weitere Verbesserung wird dadurch erreicht, dass die Stromwärme
bezüglich des Gießvorganges einerseits und der
Aushärtung in der Form andererseits angepasst wird.
-
Verschiedene
vorteilhafte Ausführungsformen zum Erzeugen der elektrischen
Stromwärme bestehen darin, dass die Beaufschlagung der
Wicklung mit elektri schem Strom durch Anlegen einer Stromquelle
an die Wicklung erfolgt oder transformatorisch mittels einer in
der oder um die Wandung der Gießform angeordneten Spule,
der von einer Stromeinkoppeleinrichtung Wechselstrom zugeführt wird.
-
Zum
Erreichen günstiger Aufwärmbedingungen sind die
Maßnahmen vorteilhaft, dass die Frequenz des der Wicklung
zugeführten Stroms oder des der Spule zugeführten
Stroms über der Netzfrequenz liegt, insbesondere wenn vorgesehen
ist, dass die Frequenz zwischen einem und 100 kHz liegt und/oder
dass die Wellenform des Stroms sinusförmig, rechteckförmig,
dreieckförmig oder eine Mischform daraus ist.
-
Eine
vorteilhafte Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens
wird dadurch erhalten, dass die elektrische Stromquelle in Abhängigkeit
von Eigenschaften des Bauteils einstellbar und in Abhängigkeit von
Parametern des Gießvorganges steuerbar oder regelbar ist
und dass eine Rüttelvorrichtung oder Rotiervorrichtung
zum Rütteln oder Rotieren der Gießform vorgesehen
ist, die während des Gießvorganges angesteuert
ist.
-
Eine
vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung für eine gezielte
Erwärmung und Steuerung des Gießprozesses besteht
darin, dass in der oder um die Wandung der Gießform eine
Spule angeordnet ist, die an eine Stromeinkoppeleinrichtung angeschlossen
ist, und dass die Stromquelle und/oder die Stromeinkoppeleinrichtung
zur Abgabe von Wechselstrom mit einer Frequenz oberhalb der Netzfrequenz
ausgebildet ist. Die Stromeinkoppeleinrichtung kann alternativ oder
zusätzlich zur Stromquelle vorgesehen sein.
-
Für
eine automatische Anpassung oder auch eine manuelle Anpassung an
den Gießprozess sind des Weiteren die Maßnahmen
von Vorteil, dass die Frequenz und/oder die Stärke des
Wechselstroms in Abhängigkeit von den Eigenschaften des
Bauteils und/oder den Parametern des Gießvorganges wählbar
ist.
-
Weitere
Anpassungsmöglichkeiten an den Gießprozess auch
in Abhängigkeit von den Eigenschaften des Bauteils, beispielsweise
in Verbindung mit Blechpaketen oder ferromagnetischen Tragteilen des
Bauteils, ergeben sich dadurch, dass mittels der Stromquelle und/oder
der Stromeinkoppeleinrichtung die Wellenform des Stroms einstellbar
ist.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen
unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen:
-
1 eine
Vorrichtung zum Vergießen von elektrischen Bauteilen mit
Wicklung und
-
2 ein
weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem gegenüber
der Vorrichtung nach 1 an der Gießform zusätzlich
eine Spule angeordnet ist.
-
Die 1 zeigt
eine Vorrichtung zum Vergießen von mindestens eine Wicklung
aufweisenden elektrischen Bauteilen 20, wie z. B. Statoren,
Rotoren, Transformatoren oder Spulen mit oder ohne Eisenkern. Das
Bauteil 20 ist in einer von einer Umwandung 10.1 und
einem Boden 10.3 umgebenen Gießform 10 aufgenommen,
in der beispielsweise ein Mittelteil 10.2, etwa ein Gießkern,
eingesetzt ist, um einen mittleren Hohlraum des vergossenen Bauteils 20 herzustellen.
Zum Vergießen wird in die Gießform 10 Gießharz 11 eingefüllt.
-
An
die Wicklung 21 ist über ein Anschlusskabel 31 eine
Stromquelle 30 angeschlossen, über die der Wicklung
direkt elektrischer Strom zugeführt werden kann. Die Stromquelle 30 ist
zum genau dosierten und auch in Abhängigkeit des Gießvorganges zeitsteuerbaren
Zuführen von elektrischem Strom ausgebildet. Dabei ist
die Stromquelle in der Weise ausgebildet, dass zum Dosieren z. B.
die Amplitude und/oder Frequenz des Stroms geändert und
geeignet gewählt werden, wobei sich, je nach Art des elektrischen
Bauteils – z. B. mit oder ohne Eisenkern – die Frequenz
im Bereich zwischen 0 und 100 kHz einstellen lässt. Hierbei
kann auch ein von einem Wechselstrom überlagerter Gleichstrom
eingestellt werden, soweit dies von der Art des Bauteils her vorteilhaft
ist, so dass eine gleichmäßige Erwärmung
des Wickelkörpers auch in der Umgebung eines Eisenkerns
sicher erreicht wird. Ferner kann z. B. eine Steuerung oder Regelung
des Stroms in Abhängigkeit von der Erwärmung der
Wicklung automatisch vorgenommen werden, etwa durch Steuerung der Pulsweite
oder Variieren des Gleichanteils. Auch die Wellenform des Stroms,
wie Sinusform, Rechteckform oder Dreiecksform oder eine Mischform
daraus kann geeignet in Abhängigkeit von dem Bauteil und dem
Gießprozess gewählt werden. Die Zeitsteuerung
der Stromzuführung richtet sich nach dem Beginn und Fortschreiten
des Gießvorganges, so dass stets eine für das
Eindringen des Gießharzes optimale Temperatur der Wicklung
sichergestellt wird, wobei Lufteinschlüsse verdrängt
werden. Außer dem direkten Anschluss der Stromquelle 30 an
die Wicklung 21 kann alternativ oder zusätzlich
vorgesehen sein, dass Strom in der Wicklung und/oder dem gegebenenfalls
vorhandenen Eisenkern transformatorisch bzw. über Induktion
erzeugt wird.
-
Bei
dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung
zum Vergießen eines mit einer oder mehreren Wicklungen
versehenen Bauteils ist in, oder wie beispielhaft gezeigt, auf der
Wandung 10.1 der Gießform 10 eine von
dem Bauteil 20 separate Spule 51 angeordnet, der
eine Stromkoppeleinrichtung 52 mit einem Ein gangsteil 52.1 und
einem an die Spule 51 angeschlossenen Ausgangsteil 52.2 zugeordnet
ist. Mittels der so gebildeten weiteren elektrischen Aufwärmvorrichtung 50 kann
bei geeigneter Orientierung der Spulenwicklung relativ zu der Wicklung 21 des
Bauteils 20 und geeigneter Ausbildung der Wandung 10.1 transformatorisch
Strom in der Wicklung 21 erzeugt werden, ohne dass diese
an eine eigene Stromquelle angeschlossen ist. Ist die Wicklung 21 auf
einem Eisenkern aufgebracht und weist das Bauteil 20 gegebenenfalls
noch weitere Tragelemente insbesondere aus ferromagnetischem Metall
auf, so kann mittels der Spule 51 auch in diesen Teilen
durch Induktion eine Aufwärmung erzielt werden.
-
Dabei
besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung darin, dass mittels der
Spule 51 durch deren Anordnung sowie Wahl der Frequenz
und/oder Wellenform hauptsächlich die Temperatur des Eisenkerns bzw.
der Tragteile der Wicklung 21 gesteuert wird, während
die Temperatur der Wicklung 21 Zuführung von Strom
mittels der ihr zugeordneten Stromquelle 30 gesteuert oder
geregelt wird. Hierdurch lassen sich je nach Materialeigenschaften
und Anteilen von Tragteilen bezüglich der Wicklung 21 relativ
genaue Temperaturabstimmungen bewirken, wobei zum einen die Stromeinkoppeleinrichtung 52 in
der Frequenz und/oder Wellenform des an die Spule 51 abgegebenen
Stroms und andererseits die Stromquelle 30 in der Frequenz
und/oder Wellenform des von ihr der Wicklung 21 zugeführten
Stroms steuerbar oder regelbar ist.
-
Es
hat sich gezeigt, dass sich mit der weiteren elektrischen Aufwärmvorrichtung 50 das
Ausgießen der Wicklung 21 insbesondere bei ungünstigen Gießbedingungen
mit im Vergleich zu einem Aufbringen von Unterdruck oder Überdruck
mit geringerem Aufwand optimieren lässt. Die Frequenz des
Stroms für die Spule 51 ist vorteilhaft deutlich
oberhalb der Netzfrequenz, beispielsweise im Bereich zwischen 1 und
100 kHz, etwa zwischen 1 und 50 kHz zu wählen. Als Wellenformen
eignen sich auch hierbei eine Sinus-, Rechteck- oder Dreieckform
oder Mischformen daraus. Die Wellenform kann auch hierbei entsprechend
den Eigenschaften des Bauteils, d. h. dem Material und dem Volumen
des Eisenkerns bzw. der Tragteile gewählt werden, wobei
auch die relative Größe der Wicklung 21 zu
berücksichtigen ist. Auch die Stromstärke bzw.
Amplitude des der Spule 51 zugeführten Stroms
kann wie im Zusammenhang mit der Stromquelle 30 beschrieben,
geeignet automatisch oder manuell gewählt werden.
-
Die
Stromquelle 30 und die Stromeinkoppeleinrichtung 52 sind
beispielsweise an eine gemeinsame Steuerungseinrichtung angeschlossen,
um die von ihnen abgegebenen Ströme hinsichtlich der genannten
Parameter aufeinander abzustimmen.
-
Das
Einfüllen des Gießharzes 11 in Kombination
mit der elektrischen Erwärmung der Wicklung 21 kann
in Abhängigkeit des zu vergießenden Bauteils und
weiterer Prozessbedingungen mehr oder weniger schnell geschehen
und gesteuert oder geregelt werden, um sicherzustellen, dass Lufteinschlüsse
in der Wicklung verdrängt und die Hohlräume zuverlässig
mit dem Gießharz 11 ausgefüllt werden.
Um das Eindringen des Gießharzes 11 insbesondere
in die viellagigen, dichten Wicklungen zu unterstützen, ist
eine Rüttelvorrichtung 40 vorhanden mit einer
Trageinheit 41, auf der die Gießform 10 aufgenommen ist.
Die Trageinheit wird mittels eines Rüttelantriebs 42 über
z. B. mit einem Exzentermechanismus versehene Koppelmittel 43 in
Rüttelbewegung versetzt. Ähnlich könnte
auch vorgesehen sein, dass das Bauteil 20 in der Gießform 10 mittels
einer anderen Rüttelvorrichtung während des Gießvorganges
bewegt wird. Anstelle einer Rüttelvorrichtung kann eine
Rotiervorrichtung vorgesehen sein, um z. B. die Gießform 10 rotierend
anzutreiben.
-
Es
hat sich gezeigt, dass sich durch die Stromwärme die Viskosität
des Gießharzes 11 im Bereich der Wicklung verringern
und während des Gießvorganges optimieren lässt,
wobei gleichzeitig Lufteinschlüsse in der Wicklung aktiviert
und verdrängt werden, so dass das Gießharz 11 in
die Hohlräume der gleichmäßig erwärmten
Wicklung 21 beim Gießvorgang zuverlässig
eindringt, wie nähere Untersuchungen der vergossenen Wickelkörper
gezeigt haben. Dadurch ist die erforderliche Isolation und Stabilität
sichergestellt, ohne dass eine teuere Vakuumeinrichtung oder teuere
Pressform bzw. Presseinrichtung erforderlich ist. Dadurch wird nicht
nur der Aufwand der Gießvorrichtung sondern auch die Prozesszeit
wesentlich verringert.
-
Ferner
trägt zu einer Verkürzung der Prozesszeiten bei,
dass auch während des Aushärtevorganges eine Erwärmung
mittels Stromwärme über die Stromquelle 30 bzw.
eine induktive elektrische Koppeleinrichtung vorgenommen wird. Für
den Aushärteprozess kann die Erwärmung der Wicklung 21 bzw.
des gesamten Bauteils 20 mittels der Stromquelle 30 in
für die Aushärtung optimierter Weise gesteuert
oder geregelt werden, wobei die Temperatur der Wicklung 21 für
die Aushärtung unterschiedlich gegenüber der Temperatur
beim Gießvorgang gewählt werden kann.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 3323154
A1 [0002]
- - DE 19631474 A1 [0003]
- - EP 0939962 B1 [0003]
- - US 2561982 [0004]
- - US 2442183 [0004]
- - US 3904785 [0004]