DE2627463A1 - Verfahren zur herstellung von wicklungen fuer elektrische maschinen und apparate - Google Patents

Verfahren zur herstellung von wicklungen fuer elektrische maschinen und apparate

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DE2627463A1 DE19762627463 DE2627463A DE2627463A1 DE 2627463 A1 DE2627463 A1 DE 2627463A1 DE 19762627463 DE19762627463 DE 19762627463 DE 2627463 A DE2627463 A DE 2627463A DE 2627463 A1 DE2627463 A1 DE 2627463A1
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Description

S 2005
Fall 27
PATENTANWÄLTE 2 6 2 7 A 6 3
M0LLER-BOR£ · GROENING · DEUFEL
SCHÖN · HERTEL
8 M0NCHEN86 · S1EBERTSTR.4 · TEL. «389)471079
1 a JUM1976
Schweizerische Isola-Werke, Breitenbach (Schweiz)
Verfahren zur Herstellung von Wicklungen für elektrische Maschinen und Apparate
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Wicklungen "für elektrische Maschinen und Apparate, die auch bei kurzfristiger Ueberschreitung der Betriebstemperatur mechanisch stabil sind und einen guten Wär'ineübergang zwischen der Wicklung und dein Eisen des Magnetkerns ermöglichen.
Bei kleinen Elektromotoren, wie sie z.B. in Staubsaugern, Mixern und Handwerkzeugen Verwendung finden, d.h.
29.4.76/Dr.PB/z 609853/0363
bei Elektromotoren mit weniger als ca. 1 PS3 werden die Wicklungen heutzutage mit Lackdrähten (d.h. mit einer Isolierschicht versehenen Drähten) hergestellt. Damit die Drähte durch die Magnetbleche nicht zerschnitten werden, verwendet man sogenannte "Nutenisolationen", mit denen die Nuten der Magnet bleche vor dem Wickeln ausgekleidet werden. Nach dem Wickeln wird die Wicklung mit einem Tränklack imprägniert, um die mechanische Festigkeit der Wicklung zu verbessern, die Drähte vor äussern Einflüssen, wie Staub, Feuchtigkeit und in der. Atmosphäre vorhandene Chemikalien, zu schützen und die Nutenisolation sowohl mit dem Eisen des Blechpakets als auch mit der Wicklung zu verkleben. Dieser Lack füllt etwa vorhandene Luftspalten aus und verbessert dadurch die Ableitung von Wärme aus der Wicklung in das Eisen des Blechpakets. Der Tränklack nuss naturgemäss mit dem zur Drahtisolierung dienenden Lack verträglich sein.
Seit etwa 20 Jahren sind sogenannte Backlackdrähte im Handel, bei denen über einer normalen Isolierschicht eine sogenannte Klebe- oder Backschicht aufgetragen ist, die zum Verkleben der Drahtwindungen miteinander dient. Durch Verwendung von Backlackdrähten kann die oben erwähnte zusätzliche Imprägnierung mit einem Tränklack eingespart v;erden. Bis in die iünerste Zeit wurden für die Klebeschicht praktisch nur thermoplastische Kunstharze ver-
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wendet.
In neuester Zeit wurden Backlackdrähte mit wärmehärtbaren Klebeschichten bekannt (siehe die DOS Nr. 2.4*13.252 und die belgische Patentschrift Nr. 819.919)· Die Klebeschicht liegt in einem lagerungsbeständigen B-Zustand (d.h. teilweise vernetzt) vor. Wird nun die aus solchen Drähten aufgebaute Wicklung eine Zeitlang, z.B. 2 bis 3 Stunden lang, auf Temperaturen von z.B. 170 0C erwärmt, so schmilzt die Klebeschicht. Da die Drähte bekanntlich unter einer gewissen Spannung gewickelt werden, wird die schmelzende Klebeschicht an den Berührungsstellen der Drähte in die Zwischenräume zwischen den Drähten und gegen die Nutenisolation gepresst. Gleichzeitig wird die Klebeschicht durch das Erwärmen gehärtet. Danach ist die Wicklung mechanisch stabilisiert und mit den meisten als Nutenisolation verwendeten Materialien verklebt. Die Nutenisolation ist aber nicht mit dem Eisen des Magnetkerns verklebt,so dass der Wärmeübergang von der Nutenisolation zum Eisen schlecht ist. Je nach Art und Zweck der Wicklung kann sich die Nutenfüllung (Nutenisolation + Draht) im Betrieb sogar in bezug auf den Nutengrund verschieben. Die am Beispiel von Wicklungen für kleine Elektromotoren erläuterten Probleme treten analog auch bei Wicklungen für Transformatoren, Magnetventile us™, auf: Wenn man keine nachträgliche Imprägnierung mit losungsmittelhaltigen oder lösungsmittelfreien
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Lacken vornehmen will, lassen sich die genannten Probleme mit den herkömmlichen Mitteln nicht lösen.
Es wurde nun gefunden, dass die genannten Schwierigkeiten nicht auftreten, wenn man Nutenisolationen verwendet, die mit bei Raumtemperatur völlig klebfreien, bei den für die Härtung der Klebeschicht des Backlackdrahtes angewandten Temperaturen wärmehärtbaren und klebrig werdenden, im B-Zustand vorliegenden Harzen einseitig oder vorzugsweise beidseitig überzogen sind. Dadurch ergibt sich bei der Wärmehärtung die erforderliche Verklebung der Nutenisolation mit dem Eisen des Magnetkerns. Es ist vorteilhaft, wenn die überzogene Nutenisolation eine glatte Oberfläche hat, so dass sie sich bei der Serienfertigung ohne Schwierigkeiten maschinell in die Nuten einschieben lässt.
Die Temperaturen, denen ein Material ausgesetzt werden kann, werden durch die "Wärmeklassen" gemäss der 1957 erschienenen Publikation Nr. 85 der Commission Electrotechnique Internationale (CEI oder IEC) VRecommandations relatives h la classification des matieres destinees ä l'isolement des machines et appareils electriques en fonc- tion de leur stabilite en service" bezeichnet. Die Wärmeklasse B bedeutet maximal 130 0C, die Wärmeklasse P maximal 155 0C und die Wärmeklasse H maximal l80 0C.
Als NutenisolatJonen kann man Flächengebxlde mit einer Dicke von 25 ym bis 0,5 mm verwenden. Für die Wär-
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meklasse B eignen sich z.B. Polyesterfilme oder Schichtstoffe, wie Polyesterfilm-Pressspan, Polyesterfilm-Pressspan-Polyesterfilm oder Pressspan-Polyesterfilm-Pressspan (Pressspan wird bekanntlich aus sehr reiner Cellulose auf zylinderförmigen Nutschen hergestellt und gepresst und stellt ein sehr dichtes Papier dar). Für die Wärmeklassen P und H kommen Papiere aus Polyamidfasern oder auch Asbestpapiere, eventuell in Kombination mit anderen Materialien, in Betracht. Man kann grundsätzlich alle Nutenisolationen verwenden, die sich für die vorgesehene Betriebstemperatur eignen und von den verwendeten Lacken nicht angegriffen werden.
Für das Ueberziehen der Nutenisolationen kann man je nach der vorgesehenen Betriebstemperatur verschiedene Lacke verwenden, d.h. Lösungen von bei Raumtemperatur völlig klebfreien, bei den für die Härtung der Klebeschicht des Backlackdrahtes angewandten Temperaturen wärmehärtbaren und klebrig werdenden, im B-Zustand vorliegenden Harzen, gegebenenfalls im Gemisch mit geringeren Mengen geeigneter Gummis, die die Zähigkeit verbessern, in einem leicht flüchtigen Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch, z.B. mit einem Siedepunkt von ca. 100 0C.
Für die Wär-niekiasse 5 eignen sich z.B. folgende Harze als in* R-7ustanci vorliegende Harze:
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Phenolharzresole.
Epoxyharze, wie Bisphenolharze, in Kombination mit latenten Härtern, wie BF.,
Diese Harze sollen vorzugsweise in Ketonen, wie Aceton, löslich sein. Sie können mit geeigneten ketonlöslichen Gummis, wie Butadien-Acrylnitril-Copolymerisaten, zusammen verwendet werden, und zwar als Lösung in einem gemeinsamen, leicht flüchtigen Lösungsmittel, z.B. einem Keton, wie Aceton, einem Gemisch aus einem Keton und einem Kohlenwasserstoff, wie Toluol, oder einem höheren Ester. Die Lösungen können auf eine für die Verarbeitung geeignete Viskosität eingestellt werden, die von der verwendeten Vorrichtung abhängt. Für die Walzenlackierung eignet sich z.B. eine Viskosität von ca. 50 cP.
Für die Wärmeklassen F und H eignen sich die in der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 2.^3.252 und der belgischen Patentschrift Nr. 819.919 beschriebenen Lacke, wobei man aber keine phenolischen Lösungsmittel, sondern tiefer siedende Lösungsmittel, wie Methylglycolacetat (2-Methoxyäthylacetat), eventuell im Gemisch mit Ketonen, verwendet. Man kann grundsätzlich alle Lacke dieses Typs verwenden, die mit der Isolierschicht der verwendeten Backlackdrähte mit wärmehärtbarer Klebeschicht verträglich sind.
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In der erwähnten deutschen Offenlegungsschrift und der erwähnten belgischen Patentschrift werden Lacke beschrieben, die
a) ein Poly-urethan-esterimid mit durch ein/wertiges Phenol blockierten, endständigen Isocyanatgruppen und freien Hydroxylgruppen, wie es z.B. durch Kondensation von einwertigem Phenol, hydroxylgruppenhaltigem Polyesterimid und Polyisocyanat erhalten wird, und
b) ein im wesentlichen lineares, sekundäre Hydroxylgruppen enthaltendes Epoxyharz mit einem Molekulargewicht über 30.000
enthalten.
Als Polyesterimid wird ein Kondensationsprodukt aus Trimellitsäureanhydrid, Glykokoll, Triäthylenglykol und Tris-(2-hydroxyäthyl)-isocyanurat bevorzugt, das die Dicarbonsäure der Formel:
Hooa
N-CH2-COOH
das Triäthylenglycol der Formel:
hoch2ch2-o-ch2gh2-o-ch2ch„oh
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und das Tris-(2-hydroxyäthyl)-isocyanurat der Formel:
HOCH2CH2
III
CH2CH2OH
im Molverhältnxs I zu (II + III) =1 : 1,2 bis 1 : 2
II zu III =1:1 bis 10 : 1
enthält.
• Als Polyisocyanate werden Verbindungen der Formel:
NHCO
-CH2-CO-NH
OCN
CH^CH-C
CONH-f VCH0
X=/ 2
NCO
H2-OOCNH-
oder
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oder deren Mischungen bevorzugt, wobei das Verhältnis von Hydroxylgruppen im Polyesterimid zu Isocyanatgruppen vorzugsweise 1 : 1 bis 1 : 1,5 beträgt.
Als einwertige Phenole werden Phenol, Kresol oder die Xylenole bevorzugt.
Als Epoxyharze werden solche mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 30.000 bis 200.000 bevorzugt, insbesondere hochmolekulare Kondensationsprodukte aus Epichlorhydrin und Bisphenol A der Formel:
OH
In Betracht kommen z.B. die Handelsprodukte Epikote 52-L-32 (Molekulargewicht ca. 80.000) und Epikote 55-L-32 (Molekulargewicht ca. 200.000) der Firma Shell, die einen Hydroxylwert von ca. 0,35 haben, d.h. ca. 0,35 Aequivalente Hydroxylgruppen pro g Produkt enthalten. Das Epoxyäquivalent lässt sich wegen des geringen Epoxygruppengehaltes dieser Produkte praktisch nicht bestimmen.
Das GewichLsverhältnis von Poly-urethan-ester— imid zu Epoxyharz kann z.B. bis zu 20 : 80 betragen.
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- ίο -
. .Beispiel 1
Eine Nutenisolation in Rollenform mit einer Dicke von 0,15 bis 0,20 mm (Polyesterfilm oder Schichtstoffe, wie Polyesterfilm/Pressspan, Polyesterfilm/Pressspan/Polyesterfilm oder Pressspan/Polyesterfilm/Pressspan) wird in einer Lackiervorrichtung, die ein Tauchen der Nutenisolation und eine Dosierung der Lackmenge erlaubt, mit einer Lösung von 40 bis 20, vorzugsweise 30 Gew.-Teilen eines acetonlöslichen Butadien-Acrylnitril-Copolymerisates und 60 bis 80, vorzugsweise 70 Gew.-Teilen eines acetonlöslichen Phenolharzes mit einem Schmelzpunkt von ca. 70 0C in so viel Aceton, dass sich "eine für die verwendete Lackiervorrichtung geeignete Viskosität ergibt, überzogen.
Die beidseitig lackierte Nutenisolation wird in einem ventilierten Trockenofen getrocknet, wobei die Harze so weit ausgehärtet werden, dass die Lackschicht nach dem Abkühlen trocken und nicht mehr klebrig, aber noch nicht zu spröde ist. Die überzogene Nutenisolation kann aufgerollt werden und eignet sich für die Wärme-* klasse B.
GöeigiieLt; Ti'OukiiuiigS— und Aüaiiäi'LUiigö gungcn können durch Tester· der fcRhandol ton Nutonis (z.B. Herstellung der Prüfkörper nach DIN 55281 und
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- li -
Zugversuch nach DIN 53283) ermittelt werden
Beispiel 2
Ein Papier aus Polyamidfasern, wie das von Du Pont vertriebene Nomex^-Papier, wird wie in Beispiel 1 beschrieben mit einem Lack nach Beispiel 1, 2, 3 oder 4 der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 2.4M3.252 überzogen, bei dem aber das als Lösungsmittel dienende Phenol durch ein tiefer siedendes Lösungsmittel, wie Methylglycolacetat (2-Methoxyäthylacetat), eventuell im Gemisch mit einem leicht flüchtigen Keton, wie Aceton oder Methyläthylketon, ersetzt ist. Zweckmässig verwendet man Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemische mit einem Siedepunkt von ca. 100 0C. Die so überzogene Nutenisolation eignet sich für die Wärmeklassen P und H.
Die gleichen Lacke kann man auch auf Schichtstoffe des in Beispiel 1 beschriebenen Typs aus Polyesterfilm und Pressspan aufbringen, wobei man für die Wärmeklasse B geeignete Nutenisolationen erhält.
Mit den Nutenisolationen nach Beispiel 1 und 2 können unter Verwendung von mit einer wärmehärtbaren
VT pV\ OC οίτ? η ·">+· 1Γοτ>θΛνιοηηη HunV" Of>l/rST'!JVirori "π i'jJnT *r»>i«_> >· T.Tij-iCO
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Wicklungen für elektrische Motoren und Apparate hergestellt werden, wobei, falls einseitig überzogene Nutsn-
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Isolationen verwendet werden, deren überzogene Seite dem Magnetkern zugewandt sein muss. Während des Erwärmens im Ofen zur Verfestigung der Wicklung (z.B. auf 170 0C) wird auch die dem Magnetkern zugewandte Seite der Nutenisolation mit dem Eisen des Magnetkerns dauernd verbunden, so dass gleichzeitig eine Verfestigung der Wicklung und ein besserer Wärmeübergang zwischen der Wicklung und dem Eisen des Magnetkerns erzielt werden, ohne dass eine zusätzliche Imprägnierung erforderlich ist.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    1) Verfahren zur Herstellung von Wicklungen für elektrische Maschinen und Apparate, die auch bei kurzfristiger Ueberschrextung der Betriebstemperatur mechanisch stabil sind und ohne zusätzliche Imprägnierung einen guten Wärmeübergang zwischen der Wicklung und dem Eisen des Magnetkerns ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass man die Nuten des Magnetkerns mit einer Nutenisolation auskleidet, die mit mindestens einem bei Raumtemperatur völlig klebfreien, bei den für die Härtung der wärmehärtbaren Klebeschicht des verwendeten Backlackdrahtes angewandten Temperaturen wärmehärtbaren und klebrig werdenden, im B-Zustand vorliegenden Harz mindestens auf der dem Magnetkern zugewandten Seite überzogen ist, dass man die Wicklung aus Backlackdrähten mit einer wärmehärtbaren Klebeschicht herstellt und dass die Härtung des Ueberzuges auf der Nutenisolation und der Klebeschicht der Backlackdrähte durch Erhitzen erfolgt.
    2) Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung von Wicklungen der Märmeklasse B3 dadurch gekennzeichnet, dass man als Nutenisolation einen Polyesterfilm oder einen zwei- oder dreischichtigen Schichtstoff aus PoIy-
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    - lH -
    esterfilm und Pressspan verwendet.
    3) Verfahren nach Anspruch
    1 oder 2 zur Herstellung von Wicklungen der Wärmeklasse B, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Nutenisolation verwendet, die mit einem im B-Zustand vorliegenden ketonlösliehen Epoxyharz oder Phenolharz mit einem Schmelzpunkt von ca. 70 0C, gegebenenfalls im Gemisch mit einem ketonlöslichen Gummi, vorzugsweise einem Butadien-Acrylnitril-Copolymerisat, ein- oder vorzugsweise beidseitig überzogen ist.
    1O Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Nutenisolation verwendet, die (bezogen auf den Ueberzug) mit HO bis 20 Gew.%3 vorzugsweise 30 Gew.% Gummi und 6ö bis 80 Gew.^, vorzugsweise 70 Gew.^ Phenolharz überzogen ist.
    5) Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung von Wicklungen für die Wärmeklasse F oder H, dadurch gekennzeichnet, dass man als Nutenisolation ein Papier aus Polyamidfasern oder ein Asbestpapier verwendet.
    6) Verfahren nach Anspruch
    1 oder 5 zur Herstellung von Wicklungen für die Wärmeklasse P oder H, dadurch gekennzeichnet, dass can eine Nutenisolation verwendet, die mit einem Pcly-urethanesterimid mit durch einwertiges Phenol blockierten, endständigen Isocyanatgruppen und freien Hydroxylgruppen,
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    wie es durch Kondensation von einwertigem Phenol, hydroxy1-gruppenhaltigern Polyesterimid und Polyisocyanat erhältlich ist, und einem im wesentlichen linearem, sekundäre Hydroxylgruppen enthaltendem Epoxyharz mit einem Molekulargewicht über 30.000 ein- oder vorzugsweise beidseitig überzogen ist.
    7) Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Nutenisolation verwendet, die mit einem Kondensationsprodukt aus Phenol, Kresol oder mindestens einem Xylenol, Trimellitsäure-N-carboxymethylimid (I), Triäthylenglycol (II) und Tris-(2-hydroxyäthyl)-isocyanurat (III)" sowie einem im wesentlichen linearen, sekundäre Hydroxylgruppen enthaltendem Epoxyharz mit einem Molekulargewicht über 30.000 ein-oder vorzugsweise beidseitig überzogen ist.
    8) Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensationsprodukt die Komponenten im Molverhältnis
    I zu (II + III) = 1 : 1,2 bis 1 : 2 II zu III =1:1 bis 10 : 1 enthält. ·
    9) Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Epoxyharz ein Kondensationsprodukt aus Epichlorhydrin und Bisphenol A mit einem durchschnittlichen Mol ekiilargewicht von 30.000
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    bis 200.000 ist.
    10) Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Epoxyharz einen Hydroxylwert von ca. O3 35 hat.
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