DE2330466A1 - Windungsisolation fuer die spulenwicklungen von elektrischen maschinen - Google Patents

Description

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Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz)

Windungsisolation für die Spulenwicklungen von elektrischen Maschinen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Windungsisolation für die Spulenwicklungen von elektrischen Maschinen, bestehend aus einem um die Leiter gewickelten, sich teilweise überlappenden, tränkbaren isoliermaterial. Die Erfindung bezieht sich weiterhin auf ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Windungsisolation.

Motoren hoher Leistungen sowie Synchrongeneratoren mittlerer Leistung werden aus fertigungstechnischen und konstruktiven Gründen fast ausschliesslich mit sogenannten Ganzform spulen ausgeführt. Bei diesen Spulen sind mehrere Windungen in Serie geschaltet und müssen daher einerseits gegeneinander (Windungsisolation) als auch gegenüber dem Magneteisen

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(Hauptisolation) isoliert werden. Dabei werden im wesentlichen die nachstehend aufgeführten Techniken angewandt:

1. zwischen die sonst blanken Leiter werden streifenförmige Zwischenlagen gelegt,

2. die Ganzformspulen werden aus lakierten Einzelleitern hergestellt,

~*>. lakierte Einzelleiter werden mit einer zusätzlichen Umspinnung (meist Glasfaden und dergl.) versehen,

4. die blanken Einzelleiter werden nach Formung der Spulen (von Hand) mit einem geeigneten Isolierband versehen.

Anschliessend werden die einzelnen Spulen mit der Hauptisolation versehen. Dies erfolgt beispielsweise nach einem Verfahren, wie es in der Druckschrift 3889 D der Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden (Schweiz) "Micadur-Compact Kunstharz-Isölierung für mittlere Hochspannungsmaschinen" beschrieben ist.

Dank der guten elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften einer nach dem Ganztränkverfahren hergestellten Isolierung ist es heute möglich, grosse Motoren und Synchrongeneratoren für mittlere Leistungen auch für höhere Spannungen betriebssicher herzustellen. Auf diese Weise können heute vermehrt solche Maschinen an Mittelspannungs-

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netze angeschlossen werden, ohne dass teuere Transformatoren zwischengeschaltet werden müssen. Dies bedingt jedoch einen höheren Isolationsaufwand, zumal neben den erhöhten Nennspannungen (bis 20 kV) die Maschinen vermehrt den in den Mittel-Spannungsnetzen auftretenden möglichen Störungen und Ueberspannungen ausgesetzt sind. Neben einer Verstärkung der Hauptisolation muss dabei die"Windungsisolation erhöht werden. Bedingt durch die heute bekannten Isolationsmaterialien ist dies praktisch nur durch Umwickeln der einzelnen Leiter mit einem glimmerhaltigeη Isolierband realisierbar. Diese Isolierbänder sind jedoch den starken mechanischen Beanspruchungen beim Formen der Spulen nicht gewachsen. Aus diesem Grunde kann die Windungsisolation erst nach dem Verformen der blanken Leiter zur Ganzformspule aufgebracht werden, ein Arbeitsgang der sehr zeitraubend und schwierig ist, da das isolierband zwischen den einzelnen Windungen durchgezogen werden muss. Eine Mechanisierung ist dabei nicht möglich.

Aehnliche Probleme treten auch bei der Herstellung der Windungsisolation von eine Anzahl miteinander verseilter Teilleiter enthaltenden Leiterstäben (Roebelstäbe) von grossen Hochspannungsmaschinen auf. Auch dort .önnen beispielsweise beim Uebergang zu höheren Spannungen statt der bisher üb-

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lichen Lackisolation der Teilleiter untereinander höher belastbare Isolationen erforderlich werden,

■ Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Windungsisolation für die Spulenwicklungen von elektrischen Maschinen zu schaffen und ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben, welche die Nachteile des Bekannten nicht aufweist, sich durch grosse mechanische, elektrische und thermische Belastbarkeit auszeichnet und die gleichzeitig einfach herzustellen ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Windungsisolation der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Isolationsmaterial bandförmig ist und mindestens eine Glimmerschicht enthält,. dass auf beiden Seiten des Bandes eine Kunststoff-Folie vorgesehen ist, welche mittels eines lö- / sungsmittelfreien Bindemittels befestigt ist.

Auf diese weise wird es erstmals möglich, den (blanken und noch nicht geformten) Leiter in einem kontinuierlichen Verfahren mit einer Umbandelung als Windungsisolation zu versehen, um ihn dann erst zu einer Ganzformspule oder andere Formen, z.B. Teilleiter eines Roebelstabes, zu verarbeiten. Das erfindungsgemässe Isolierband schützt dabei das empfindliche Isoliermaterial, vor allem die sehr empfindliche Feinglimmerschicht, und ermöglicht somit beim Biegen des Leiters wegen der beidseitigen Abdeckung mit einer glatten Folie ein

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schuppenartiges Aufeinandergleiten benachbarter sich überlappender Isolierbandlagen. Vom betrieblichen Standpunkt könnte die Kunststoff-Folie eher einen Nachteil darstellen, da dieses Material im allgemeinen nicht glimmbeständig ist. Werden jedoch extrem dünne Folien in der Grössenordnung 5 bis 15 Aim Dicke verwendet, die zudem durch das Binde- bzw. Imprägniermittel, vorzugsweise Kunstharz, angelöst werden, so haben diese keinen nachteiligen Einfluss mehr auf die Glimmbeständigkeit der gesamten Windungsisolation.

Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, glatte, auf mechanischem oder chemischen Wege nicht aufgerauhte Polycarbonat-Folien mit einer Stärke von 8 bis 10 ,um zu verwenden, wie sie beispielsweise unter der Markenbezeichnung "Makrofol" der Fa. Bayer, Leverkusen, im Handel erhältlich sind.

Das glimmerhaltige Isoliermaterial besteht beispielsweise aus Polyestervlies oder Glasgewebe und einer oder mehreren Feinglimmerschichten. Für Nennspannungen bis 20 kV sollte die Feinglimmerschicht 50 bis 150/Um und das Polyestervlies oder das Glasgewebe 20 bis ko ,um dick sein.

Wie weiter unten noch näher ausgeführt werden wird, ist die Kunststoff-Folie mittels eines losungsmittelfreien Bindemittels, z.B. einem Epoxid-Harz im B-Zustand, auf dem Isoliermaterial befestigt. Dieses Bindemittel dient gleichzeitig

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zur Imprägnierung resp. zum Zusammenhalt des gesamten Isolierbandes. Der Harzanteil sollte dabei zwischen 25 bis 35 % des totalen Bandgewichtes betragen.

Gemäss der Erfindung wird die Windungsisolation auf die folgende Weise hergestellt;

Ausgehend von einem geraden, blanken Leiter, wird dieser mit einem sieh mindestens teilweise überlappenden, Glimmer enthaltenden, tränkbaren isoliermaterial, das auf beiden Seiten eine mittels eines lösungsmittelfreien Bindemittels befestigte Kunststoff-Folie aufweist, umwickelt. Anschliessend wird der derart vorisolierte Leiter in eine für den nachfolgenden Einbau in die elektrische Maschine entsprechende Form gebracht und an den Bereichen, die später im Eisenteil zu liegen kommen, unter Anwendung von Druck und Wärme verklebt.

Dieses Verfahren ermöglicht eine wirtschaftliche und problemlose Herstellung von Ganzformspulen oder Roebelstäben, da die sonst nur von Hand herzustellende Windungsisolation nun weitgehend mechanisiert werden kann.

Arbeitet man mit dem vorgenannten Harzanteil von 25 bis J55 % des totalen Bandgewichtes, so wird eine zuverlässige Imprägnierung und Verklebung der einzelnen Komponenten des Isolierbandes erzielt. Durch die Anlösung der Folie ist auch die

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Haftung der Folie an den unter ihr liegenden Schichten gewährleistet. Ueberflüssiges Harz kann während der Wärme- und Druckbehandlung an den Ueberlappungsstellen entweichen und dient dann zur Verklebung aufeinander- und/oder nebeneinander liegender Einzelleiter.

Es hat sich besonders zweckmässig erwiesen, die Ueberlappung zwischen 4o und 60 %, vorzugsweise ca. 50 % zu wählen. Dies Ueberlappung gewährleistet eine ausreichende Isolierung an » eng gekrümmten Bereichen, z.B. im Wickelkopf. Selbstverständlich können auch mehrere Lagen Isolierband nacheinander aufgebracht werden, sofern es notwendig ist. Auch dann ist das genannte Ueberlappungsmass einzuhalten.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dort zeigt

Fig. Γ einen Längsschnitt durch einen mit der erfindungsgemässen Windungsisolation versehenen Einzelleiter,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Herstellung von Windungsisolationen gemäss der Erfindung in teilweiser Blockdarstellung.

In Fig. 1 ist ein Kupferleiter 1 mit einem isolierband 2 umwickelt. Das ueberlappungsmass beträgt annährend 50 %.

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Das Isolierband besteht aus Polyestervlies oder Glasgewebe 3, einer Feinglimmerschicht 4, an die sich nach innen bzw. aussen je eine Kunststoff-Folie 5 bzw. 6 anschliessen. Die sich durch die Ueberlappung ergebenden Zwischenräume 7 sind mit Kunstharz ausgefüllt, das im Zuge der Herstellung der Windungsisolation aus dem Innern des Isolierbandes ausgetre-. ten ist.

In der Zeichnung sind die einzelnen Schichten des Isolierbandes zur Verdeutlichung des Aufbaus bewusst übertrieben, also nicht massstabsgerecht,dargestellt. In der Praxis werden folgende Schichtdicken bzw. Materialien eingesetzt:

Kunststoff-Folie; Polycarbonatfolle (z.B. Makrofol)

mit einer Stärke vo'n 8,7/um

Glasgewebe: Glastex Typ 105 (Hersteller Fa. Kagi,

Horgen (Schweiz) 'mit einer Dicke von annähernd 25/Um und einem Quadratme-

tergewicht von ca. 25 g/m

Feinglimmer: Samica (Hersteller ISOLA-Werke, Breitenbach (Schweiz) mit einer Dicke von ca. 100/Um

Kunstharz: Araldit F mit katalysiertem Härtersystem Typ BF-z (Hersteller CIBA, Basel)

An den in Fig. 1 dargestellten vorisolierten Einzelleiter

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schliessen sich je nach Maschinentyp weitere, gleichartig isolierte Einzelleiter an (nicht weiter dargestellt). Diese sind untereinander durch das an an Ueberlappungsstellen während der Druck- und Wärmebehandlung austretende Kunstharz verklebt, wobei insbesondere die Eigenschaft der Kunststoff-Folie 5*6, sich anzulösen, zum Tragen kommt.

Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung der Windungsisolation gliedertlsich in folgende Verfahrensschritte:

1. Herstellung des Isolierbandes 2

2. Umwickeln des Leiters 1 mit Isolierband

3. Verformung des vorisolierten Leiters ,

4. Wärme- und Druckbehandlung

Dieser verfahrensablauf ist in Fig. 2 schematisch dargestellt,

Von zwei Vorratsrollen 8 und 9 laufen Feinglimmer 4 bzw. das Glasgewebe J über Führungsrollen 10 in einen Tränktrog 11, in dem sich Kunstharz im Α-Zustand, also flüssiges Kunstharz, befindet. Hinter dem Tränktrog 11 sind zwei weitere Vorratsrollen 12 und IJ mit Kunststoff-Folie angeordnet. Die von beiden Seiten auf das aus Feinglimmerstreifen und Glasgewebe und mit Kunstharz getränkte Band zulaufenden Folien 5 und 6 werden mittels Andruckrollen 14 auf das Band

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gepresst. Ueber den Anpressdruck der Rollen 14 kann der Harzanteil eingestellt werden. In einer nachgeschalteten Heizeinrichtung 15 wird das Isolierband vorgetrocknet

- das Kunstharz liegt nun im B-Zustand vor - auf geeignete weise gelagert.

Das Im zweiten Verfahrensschritt erfolgende Umwickeln des blanken Leiters 1 erfolgt mittels einer an sich bekannten Wickelmaschine 16, welche nicht weiter dargestellt ist, da derartige Maschinen zum Stande der Technik zu zählen sind. .

An diese Wickelmaschine l6 sehliesst sich eine Ablängmaschine 17, die ebenfalls nur als Funktionsblock angedeutet ist, an. Dort werden die vorisolierten Leiter auf die gewünschte Länge gebracht.

Im nächsten Verfahrensschritt werden die vorisolierten Leiter in eine für den späteren Einbau in die elektrische Maschine geeignete Form gebracht, z.B. zu Ganzformspulen oder zu Teilleitern eines Roebelstabes geformt. Dieser Arbeitsgang erfolgt in einer Formvorrichtung 18.

Die Wärme- und Druckbehandlung der Ganzformspulen oder Roebelstäbe erfolgt in einer der jeweiligen Leiterform angepassten Press- und Heizvorrichtung 19, wobei aus Gründen der späteren Arbeitsgänge im Wickelkopf lediglich der später im Eisenteil liegende Bereich der Leiter behandelt wird.

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Während dieser Wärme- und Druckbehandlung tritt überflüssiges Kunstharz an den Ueberlappungsstellen aus, das zum Verkleben der Einzelleiter untereinander und zum Ausfüllen der beim überlappenden Wickeln entstehenden Aussparungen und Hohlräume dient. Nach dem Aushärten des Kunstharzes - dieses liegt nunmehr im C-Zustand vor und hat seine endgültigen mechanischen und elektrischen Eigenschaften erreicht - werden die Leiter mit der Hauptisolation versehen (angedeutet durch den Punktionsblock 20 in Fig.2) und anschliessend ihrem Verwendungszweck, dem Einbau in die elektrische Maschine, zugeführt, was durch den Funktionsblock 21 veranschaulicht ist.

Das Aufbringen der Hauptisolation kann von Hand oder auch maschinell erfolgen, da nunmehr vergleichsweise unkomplizierte Leiterformen (Ganzformspulen und dergl.) zu bearbeiten sind.

Alle weitern, sich an die Verfahrensschritte "Pressen und Heizen" anschliessenden Operationen sind nicht mehr Gegenstand der vorliegenden Erfindung und sind im übrigen beispielsweise in der eingangs genannten Druckschrift "Micadur-Compact..." ausführlich beschrieben.

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Claims (10)

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   P. a .t .e λ .t .a η .s. .p. .r. .il c h e

   / 1.JWxndungsisolation für die Spulenwicklungen von elektrischen Maschinen, bestehend aus einem um die Leiter gewickelten, sich teilweise überlappenden, tränkbaren Isoliermaterial, dadurch gekennzeichnet, dass das Isoliermaterial bandförmig ist und mindestens eine Glimmers chi cht (¹O enthält, und dass auf beiden Seiten des Bandes (2) eine Kunststoff-Folie (5,6) vorgesehen ist, welche mittels eines lösungsmittelfreien Bindemittels befestigt ist.
2. 2. Wxndungsisolation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoff-Folie (5,6) weniger als 15/im dick ist. ,
3. 3. Windungsisolation nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kunststoff-Folie (5,6) eine Polycarbonatfolie ist.
4. 4. Wxndungsisolation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Glimmerschicht (4) zwischen 50 und 150 ^um dick ist. · ·
5. 5. Wxndungsisolation nach einem der vorangegangenen Ansprüche 1-1·, dadurch gekennzeichnet, dass der Bindemittelanteil

   ' zwischen 2 5 und 35 % des totalen Bandgewichtes beträgt.

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6. 6. Wxndungsxsolation nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindemittel ein Kunstharz, vorzugsweise ein Epoxyd-Harz, vorgesehen ist.
7. 7. Windungsisolation nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ueberlappungsmass des Isolierbandes (2) zwischen 40 und 60 %, vorzugsweise annähernd 50 %, beträgt.
8. 8. Verfahren zur Herstellung einer Windungsisolation nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einem blanken Leiter (1) dieser mit einem sich mindestans teilweise überlappenden, Glimmer enthaltenden Isolierband (2), das auf beiden Seiten eine mittels eines lösungsmittelfreien Bindemittels befestigte Kunststoff-Folie (5,6) aufweist, umwickelt wird, dass der derart vorisolierte Leiter in eine für den nachfolgenden Einbau in die elektrische Maschine entsprechende Form gebracht wird und anschliessend im Eisenteil unter Anwendung von Druck und Wärme die einzelnen Leiter zusammengeklebt werden.
9. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

   dass zum Befestigen der Kunststoff-Folie (5 $6) ein Kunstharz im B-Zustand verwendet wird.

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10. 10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Material-Paarung Kunststoff-Folie-Bindemittel so gewählt ist, dass während der Druck- und'Wärmebehandlung die Kunststoff-Folie zumindest teilweise angelöst wird.

    Aktiengesells chaft BROWN, BOVERI & CIE.

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    /Γ

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