DE2713299A1 - Dynamoelektrische maschine mit in eine gefuellte harzmasse eingebetteten wicklungen und kern - Google Patents

Dynamoelektrische maschine mit in eine gefuellte harzmasse eingebetteten wicklungen und kern

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Description

Die Erfindung betrifft verbesserte dynamoelektrische Maschinen, die ein elektrisch isolierendes, wärmeableitendes Gehäuse haben, in welchem die Wicklungen und der Kern eines St-ators fest und hohlraumfrei eingebettet sind. Insbesondere betrifft die Erfindung dynamoelektrische Maschinen mit verbesserten elektrischen und mechanischen Eigenschaften, die unter Verwendung eines aus Harz und Füllstoff bestehenden Harzsystems hergestellt werden, dessen Verforinungs- und Einbetteigencchaften für Statoren von dynamoelektrischen Maschinen optimal sind.
In der US-PS 3 758 799 werden dynamoelektrische Maschinen mit einem Gehäuse beschrieben, in welchem die Statorwicklungen und ein Kern von einem aus Harz und Füllstoff bestehenden System eingekapselt sind. Das in dieser Patentschrift beschriebene Gehäuse enthält keinen Metallbehälter bzw. keine Metallschale und weist einen im wesentlichen starren Strukturteil aus einer im Zwischenraum angeordneten Masse aus einem inerten teilchenförmigen Material auf.
Klebriges Material, wie ein ungesättigtes Polyesterharz, füllt die Zwischenräume der Masse und bindet inerte Teilchen miteinander und mit dem übrigen Anteil der Struktur.
In dieser Patentschrift werden verschiedene Arten von Systemen auf Basis einer aus Harz und Füllstoff bestehenden Masse beschrieben, die äußerst wichtig für dynamoelektrische Maschinen dieses Typs sind. In praktischer Hinsicht werden die dynamoelektrischen Maschinen durch Spritzgießen oder Preßspritzen hergestellt; die Eigenschaften des Harz-Füllstoff-Systems müssen daher vollständig untersucht und auf optimale Werte eingestellt werden, da andernfalls dynamoelektrische Maschinen des angegebenen Typs nicht in industriellem Maßstab hergestellt werden können. So werden beispielsweise bei kleinen Motoren oder Generatoren die aus feinen Drähten hergestellten Spulenwicklungen während des Preßvorgangs zur Herstellung des Gehäuses leicht deformiert. Außerdem sind
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die in der inneren Umfangsflache eines Statorkerns ausgebildeten Nuten sehr schmal. Wenn daher das Harz-Füllstoff-System unbefriedigende Fließeigenschaften zeigt, so ist die Ausfüllung der Nuten unzureichend. Wenn die aus Harz und Füllstoff bestehende Masse eine zu niedere Viskosität hat, so tritt starke /'scheidung des Harzes ein, so daß die elektrischen Eigenschaften at: Statoren von dynamoelektrischen Maschinen unbefriedigend sind. Wenn Statoren von dynamoelektrischen Maschinen gemäß US-PS 3 758 799 durch Spritzgießen oder Preßspritzen hergestellt werden, so sind noch zahlreiche andere Faktoren zu berücksichtigen. Es wurden bereits zahlreiche Systeme auf Basis von Harz-Füllstoff-Massen angc'ccbon. wie sie in der US-Patentschrift 3 658 750 mit dem Titel "Thermisch härtbare Harzmasse und diese enthaltende elektrische Vorrichtungen", und in der US-PS 3 763 080 mit dem Titel "Preßgeformte Gegenstände und Formmasse" beschrieben sind. In der zuerst genannten Patentschrift wird eine zum Preßspritzen von Rotorwicklungen von Motoren und von Transformatoren geeignete Harz-Füllstoff-Masse beschrieben, die ein thermisch härtendes Harz, einen grob-pulverförmigen Füllstoff mit ei*""··»* Korngröße von mehr als 100 um und einen feinteiligen pulverförmigen Füllstoff üix'L einer Korngröße von weniger als 60 um enthält, wobei die Menge der Füllstoffe 40 bis 80 Volum-% des Gesamtvolumens der Masse beträgt. In dieser Patentschrift wird außerdem die Zugabe von feinverteiltem pulverförmigem Bleitetraoxid als Abscheidungsinhibitor beschrieben. Untersuchungen der Anmelderin haben Jedoch gezeigt, daß die in dieser Patentschrift beschriebenen Harz-FUllstoff-Massen nicht geeignet als Formmasse für Statoren von dynamoelektrischen Maschinen mit kleinen Abmessungen sind. Das aus diesen Massen erhaltene gehärtete Produkt zeigte schlechte Rißbeständigkeit und unzufriedenstellende Fließeigenschaften, wenn es auf Statoren von dynamoelektrischen Maschinen aufgetragen wurde. In der US-PS 3 763 080 wird eine Formmasse beschrieben, die ein thermisch härtendes Harz, ein teilchenförmiges Material mit einer solchen Korngrößenverteilung, daß etwa 95 bis 100 % ein Sieb mit 30 Maschen passieren, mindestens 50 ein Sieb mit 40 Maschen passieren und auf einem Sieb mit 100 Maschen zurückgehalten werden und nicht mehr als eine geringe Menge ein Sieb mit 200 Maschen
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ORIGINAL INSPECTED
passiert. Ferner enthält diese Masse einen Abscheidungsinhibitor. Als Beispiele für diesen Abscheidungsinhibitor werden kolloidale Kieselsäure, Aerosol Grad 200, pulverförmige Kieselsäure, pulverförmiger Asbest, extrem kurze Glasfasern und pulverförmiges Wollastonit-Mineral genannt. Ferner sind als Beispiele für ein teilchenförmiges Material Chromerz, Schiefer, Kreide, Zirkonoxid, Aluminiumoxid, Calciumcarbonat, Glimmer, Berylliumoxid, Magnesiumoxid und Sand angegeben. Das teilchenförmige Material sollte eine weit größere Korngröße als der Abscheidungsinhibitor haben. Anders ausgedrückt, beträgt die Korngröße des teilchenförmigen Materials 40 bis 100 Maschen (entsprechend einem Durchmesser von mehr als 149 um), während die Teilchengrösse des letzteren etwa 0,012 um im Fall von kolloidaler Kieselsäure (Cab-O-Sil M-5) beträgt.
Nach den Ausführungen in dieser Patentschrift so?M^n geeignete Abscheidungsinhibitoren eine Korngröße entsprechend 325 Maschen oder weniger (44 um oder weniger, angegeben als Korngröße) haben. Untersuchungen der in dieser Patentschrift beschriebenen Fornunassen zeigten jedoch, daß ihre Formeigenschaften unzufriedenstellend waren und daß die daraus erhaltenen Statorgehäuse keine guten elektrischen Eigenschaften hatten.
iii der US-PS 3 562 201 mit dem Titel "Aus ungesättigtem Polyesterharz und Monomeren bestehende Formmassen" werden Massen beschrieben, die ein ungesättigtes Polyesterharz, einen primären absorptionsfähigen Füllstoff und einen sekundären Füllstoff enthalten. Zu primären absorptionsfähigen Füllstoffen gehören Diatomit, Bentonit und dergleichen. Dieser Füllstoff ist befähigt, Flüssigkeit aus dem Polyester-Monomer-System zu absorbieren und auf diese Welse die Fließeigenschaften der Masse zu verbessern. Zu sekundären Füllstoffen, die allerdings für die Masse nicht wesentlich sind, gehören Materialien, wie Glasfasern, Mineralien, z.B. feinverteiltes Calciumcarbonat, Ton, Aluminiumoxid-Trihydrat, Dolomit, Asbest oder Synthesefasern. Die Korngröße des primären absorptionsfähigen Füllstoffes wird zwar in dieser Patentschrift nicht genannt, es kann jedoch angenommen werden, daß die Korngröße dieses Füllstoffes sehr gering ist, weil das als primärer absorptionsfähiger Füllstoff
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verwendete "Dicalite" extrem geringe Korngröße hat. Diese bekannte Masse hat sich Jedoch als ungeeignet erwiesen, wenn sie zum Spritzgießen oder Preßspritzen von Statoren für dynamoelektrische Maschinen angewendet v/erden soll, insbesondere für dynamoelektrische Maschinen mit kleinen Abmessungen, weil eie unzufriedenstellende Verformungseigenschaften einschließlich Fließeigenschafzeigte.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte dynamoelektrische Maschine mit einem wärmeableitenden elektrisch isolierenden Gehäuse zur Verfugung zu stellen, in der die Statorwindungen und der Kern fest und hohlraumfrei in ein neuartiges System aus einer Harz und Füllstoff enthaltenden Masse eingebettet sind.
Erfindungsgemäß soll eine verbesserte dynamoelektrische Maschine mit einem Gehäuse, welches die Statorwicklungen und einen Kern einschließt, geschaffen werden, wobei das Gehäuse aus dem gehärteteten Produkt einer neuartigen Harz-Füllstoff-Masse besteht, deren Verformungseigenschaften im Hinblick auf die Ausbildung von Gehäusen für Statoren optimal sind.
Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte dynamoelektrische Maschine mit einem elektrisch isolierenden Gehäuse mit verbesserten elektrischen Eigenschaften zugänglich zu machen.
Gegenstand der Erfindung ist somit eine dynamoelektrische Maschine mit einem neuen, wärmeableitenden elektrisch isolierenden Gehäuse, welches aus dem gehärteten Produkt einer Harz-Füllstoff-Masse besteht, die folgende Bestandteile enthält :
I. einflüssiges ungesättigtes Polyesterharz, das eine äthylenisch ungesättigte monomere Verbindung und einen Härtungskatalysator enthält, und
II.eine anorganische Füllstoffkomponente, bestehend im wesentlichen aus
(a) feinverteiltem pulverförmigem Calciumcarbonat, das ein 325 Maschen-Sieb passiert,
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(b) einem teilchenförmigen anorganischen Mineral, das zu mindestens 95 % aus Teilchen besteht, die ein 12 Maschen-Sieb passieren und auf einem 200 Maschen-Sieb zurückgehalten werden, und
(c) Glasfasern einer Länge von mehr als 200 um und mit einem Durchmesser von weniger als 150 um,
wobei die angegebenen Komponenten in folgenden Gcwichtsverhältnissen vorliegen :
(a)/(b) = 0,3 bis 4, (c)/Gesamtgewicht der Masse = 0,05 bis 0,25, * '"'■'samtgewicht der Masse = 0,1 bis 0,4 und II/Gesamtgewicht der Masse = 0,6 bis 0,9.
Die Erfindung betrifft außerdem ein aus einer Füllstoff-Harz-Masse bestehendes System mit den vorstehend angegebenen Bestandteilen, das zusätzlich pulverförmigen Ton einer Korngröße von weniger als 44 um in einem Gewichtsverhältnis von 0,05 bis 0,15, bezogen auf das Gesamtgewicht der Masse, enthält. Andere Gegenstände, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen ersichtlich.
(I) Ungesättigtes_Polyesterharz
Für die Zwecke der Erfindung sind im Hinblick auf Wirtschaftlichkeit, Verformungseigenschaften und dergleichen nur ungesättigte Polyesterharze geeignet. Die ungesättigten Polyesterharze sollten eine monomere äthylenisch ungesättigte Verbindung, wie Styrol, und einen Härtungskatalysator, wie Dicumylperoxid, enthalten. Zu Beispielen für geeignete ungesättigte Polyesterharze gehören die in der US-PS 3 562 201 beschriebenen.
Zu den am meisten bevorzugten üblichen ungesättigten Polyesterharzen gehören Vinylesterharze, die durch Umsetzung von Epoxyverbindungen des Bisphenol-A-Typs oder Novolak-Typs mit Methacrylaten oder Acrylaten erhalten werden. Diese Verbindungen haben eine geeignete Viskosität von etwa 50 bis 50 000 Centipoise bei Raumtemperatur (250C), wenn sie mit etwa 30 bis 45 Gew.-% einer äthylenisch ungesättigten monomeren Verbindung, wie Styrol, vermischt werden. Die äthylenisch ungesättigten Monomeren können als Ver-
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netzungsmittel für das ungesättigte Polyesterharz bezeichnet werden. Der ungesättigte Polyester und die äthylenisch ungesättigten Monomeren reagieren in Gegenwart eines geeigneten Härtungskatalysators und unter Erhitzen miteinander.
Zu erfindungsgemäß verwendeten ungesättigten Polyesterharzen gehören Polykondensationsprodukte oder Kondensationsprodukte, die aus ungesättigten oder gesättigten mehrbasischen Säuren und Hydroxyverbindungen in Gegenwart oder Abwesenheit eines Katalysators synthetisiert werden. Wenn zur Bezeichnung der Zusammensetzung der Ausdruck "ungesättigtes Polyesterharz" verwendet wird, so soll darunter ein Gemisch verstanden v/erden, welches die Kondensationsprodukte, eine äthylenisch ungesättigte Verbindung, wie Styrol, und einen Härtungskatalysator, wie Benzoylperoxid, enthält.
Zu typischen ungesättigten und gesättigten mehrbasischen Säuren gehören Maleinsäure, Maleinsäureanhydrid, Fumarsäure, Chlormaleinsaure, Dichlormaleinsäure, Mesaconsäure, Itaconsäure, Adipinsäure, Sebacinsäure, Phthalsäure, Phthalsäureanhydrid, _ ophthaisäure, Pyromellithsäure, Hetsäure und dergleichen.
Zu geeigneten Hydroxylverbindungen gehören Diole, wie Ä'thylenglycol, Diäthylenglycol, Triäthylenglycol, Polyäthylenglycol, Propylenglycol, Dipropylenglycol, Trimethylenglycol, Tetramethylenglycol, Hexamethylenglycol, 2,2-Diäthylpropandiol-l,3» Neopentylglycol, Bromneopentylglycol, Bisphenol-dioxyäthyläther, hydriertes Bisphenol A, 2,2-Di-(4-hydroxypropoxyphenyl)-propan, Äthylenoxid, Propylenoxid, 3,3,3-Trichlorpropylenoxid, Phenylglycidyläther, Arylglycidyläther und dergleichen.
In Kombination mit den dibasischen Säuren können mehrbasische Säuren, die drei oder mehr Carboxylgruppen aufweisen, eingesetzt werden. In entsprechender Weise können in Kombination mit den GIycolen Polyhydroxyverbindungen mit drei oder mehr Hydroxylgruppen verwendet werden.
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Zur Vermischung mit den ungesättigten Polyesterharzen werden verschiedene Arten äthylenisch ungesättigter monomerer Verbindungen eingesetzt. So eignen sich beispielsweise Styrol, Vinyltoluol, λ-Methylstyrol, Divinylbenzol, Diallylphthalat, Chlorstyrol, Dichlorstyrol, Bromstyrol, Dibromstyrol, Diallylbcnzolphosphonat, Diallyl-aryl-phosphonatentcr,Triallylcyanurat, Tribromphenol-allyläther und dergleichen. Im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit werden unter den ungesättigten monomeren Verbindungen Vinylmonomere, wie Styrol, besonders bevorzugt. Das ungesättigte Monomere oder die ungesättigten Monomeren werden im allgemeinen mit dem ungesättigten Polyesterharz in einer Menge von 20 bis 50 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des resultierenden Cemisches, vermischt.
Die Viskosität des Gemisches aus dem ungesättigten Polyester und dem ungesättigten Monomeren ist von großer Wichtigkeit. Wenn die Viskosität zu groß ist, so sind die Fließeigenschaftcn des Systems auf Basis der Harz-Füllstoff-Masse ungeeignet für das Spritzgießen oder Preßspritzen von Statoren für dynamoelektrische Maschinen, da die kleinen Hohlräume und Zwischenräume der Spulenwicklungen r-'r.ht ausreichend mit der Masse gefüllt werden. Wenn andererseits uie Viskosität zu niedrig ist, so kann eine Abscheidung zwischen dem Gemisch und den Füllstoffen auftreten, so daß die vorgesehenen elektrischen und mechanischen Eigenschaften für die dynamoelektrischen Maschinen nicht erhalten werden können. Im Hinblick auf diese und andere Gesichtspunkte sollte das aus Harz und ungesättigtem Monomeren bestehende Gemisch eine Viskosität von weniger als 50 000 Centipoise, Jedoch von mehr als 50 Centipoise bei Raumtemperatur aufweisen.
Wenn das Gemisch eine zu kleine Viskosität hat, so kann die Zugabe eines geeigneten Mittels zur Erhöhung der Viskosität nützlich sein. Ein solches Mittel ist beispielsweise ein Diallylphthalat-Vorpolymerisat. Vorzugsweise sollte das Gemisch eine Viskosität von nicht weniger als 500Centipoise bei Raumtemperatur aufweisen.
Durch Untersuchungen der Harzciasse wurde gefunden, daß eine geeignete Menge eines Diallylphthalat-Vorpolymerisats zum Einstellen der Viskosität der Masse nützlich ist. Wenn die Viskosität des
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in der Masse vorliegenden ungesättigten Polyesterharzes zu niedrig ist, so tritt außerordentlich starke Abscheidung zwischen dem Harz und den Füllstoffen auf, wodurch unzufriedenstellende mechanische und elektrische Eigenschaften der gehärteten Formkörper erhalten werden. Die zuzusetzende Menge des Diallylphthalat-Vorpolymcrisats liegt innerhalb eines Bereiches von 0,5 bis 5 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Masse. Wenn die zugesetzte Menge 5 % überschreitet, so wird die Rißbeständigkeit der gehärteten Formkörper vermindert. Wenn andererseits die Menge weniger als 0,5 % beträgt, so ist keine Wirkung des Vorpolymerisats zu erwarten. Zu geeigneten Vorpolymerisaten gehören Oligomere und Präpolymere.
Geeignete Härtungskatalysatoren für das Gemisch umfassen Verbindungen, wie Benzoylperoxid, Parachlorbenzylperoxid, 2,4-Dichlorbenzoylperoxid, Caprylperoxid, Lauroylperoxid, Acetylperoxid, Methyläthylketonperoxid, Cyclohexanonperoxid, Bis(l-hydroxycyclohexyl)-peroxid, Hydroxyheptylperoxid, t-Butylhydroxyperoxid, p-Menthanhydroperoxid, Cumolhydroperoxid, 2,5-Dimethylhexyl-2,5-dihydroperoxid, Di-tert.-butylperoxid, Dicumylperoxid, 2,5-Dimethyl-2,5-di-(t-butylperoxid)-hexan, 2,5-Dimethylhexyl-2,5-di-(peroxybenzoat), t-Butylperbenzoat, t-Butylperacetat, t-Butylperoctoat, t-Butylperoxybutylat, Di-t-butyl-di-perphthalat, 1,1-Bis-(t-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexan und dergleichen. Der Katalysator kann vorzugsweise in einer Menge von 0,2 bis 0,6 Gew.-^, bezogen auf das Gesamtgewicht der Masse, zugesetzt werden.
Außer den angegebenen Härtungskatalysatoren können übliche Beschleuniger dem Gemisch zugegeben werden. Es existieren verschiedene geeignete Beschleuniger, wie Laurylmercaptan, M-Butylsulfit, Diphenylsulfit, p-Toluolsulfonat, quaternäre Ammoniumsalze, ß-Diketone, Epoxyverbindungen vom Peracetattyp, Sulfoniumsalze, Schwefelsäure-anhydrid, Schwefelwasserstoff, Mangannaphthoat, Vanadyloctoat, Kupfernaphthoat, Calciumnaphthoat, Metallchelate, Amine, Phosphorverbindungen oder andere Schwefelverbindungen.
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Außerdem kann ein geeigneter Polymerisationsinhibitor zugesetzt werden, um die Topfzeit oder Lagerzeit des Systems auf Harz-Füllstoff -Basis zu verlängern. Zu geeigneten Polymerisationsinhibitoren gehören p-Benzophenon, Naphthochinon, Phenanthrachinon, i araxylolchinon, 2,5-Diphenyl-p-benzochinon, 2,5-Diacetoxy-pbenzochinon, Hydrochinon, p-t-Butylbrenzcatechin, 2,5-Di-t-butylhydrochinon, Mono-t-butylhydrochinon, Di-t-butylparacresol, Hydrochinon-monomethyläther, «<,-Naphthol, Acetoamidinacetat, Acetoamidinsulfat, Phcnylhydrazin-hydrochlorid und dergleichen.
(II) Füllstoffe
'α) Pulverförmiges Calciumcarbonat
Zu geeignetem pulverförmigera Calciumcarbonat, weüches chemisch inert gegenüber den ungesättigten Polyesterharzen iot, gehören reines Calciumcarbonat und andere teilchenförmige Materialien, die als Hauptbestandteil ihrer Zusammensetzung Calciumcarbonat enthalten. Zu diesen Materialien gehören pulverförmige Calciumcarbonat-Mineralien, wie Kalkstein. Das pulverförmige Calciumcarbonat sollte eine Korngröße von nicht mehr als 44 pm, vorzugsweise weniger als 20 um, haben. Anders ausgedrückt müssen 100 % des pulverförmigen Calciumcarbonats ein 325-Mascheri-Sieb passieren. Die in dieser Beschreibung angegebenen Maschenzahlen bedeuten die Maschenzahlen des US-Standard-Siebs. Das Calciumcarbonatpulver spielt eine sehr wichtige Rolle in dem erfindungsgeraäßen Harz-System. Durch Untersuchungen der Erfinder wurde festgestellt, daß übliche typische feinteilige Füllstoffe, wie feinverteiltes Quarzglaspulver, nicht für die Formmassen für Statoren von dynamoelektrischen Maschinen geeignet waren.Y/enn Quarzglaspulver verwendet wird, wurde festgestellt, daß die Glasfasern während des Knetens der Masse fein zerkleinert und verkürzt wurden, so daß die Verstärkungsfunktionen der Glasfasern in dem gehärteten Gegenstand im wesentlichen verloren waren. Wenn dagegen Calciumcarbonate pulver eingesetzt wird, so wird die gewünschte Funktion der Glasfasern auch nach dem Kneten der Masse beibehalten.
Das Calciumcarbonatpulver wird mit Hilfe eines bekannten Verfah-
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rens hergestellt, bei dem ein Kalksteinmineral ausgewählt oder zur Entfernung anderer Bestandteile als Kalkstein aufbereitet wird, der aufbereitete Kalkstein mit Wasser gewaschen wird, der Kalkstein grob vermählen, danach weitervermahlen, der erhaltene zerkleinerte Kalkstein zur Abtrennung eines feinverteilten pulverförinigen Kalksteins von einem groben pulverförmigen Kalkstein gesiebt wird, der feine pulverförmige Kalkstein fein gemahlen wird und der feinverteilte pulverförmige Kalkstein gesiebt wird, bis ein feinverteiltes Kalksteinpulver erhalten wird, dessen Gesamtmenge ein Sieb mit 325 Maschen passiert. Nachstehend werden die Zusammensetzung und Eigenschaften eines mit Hilfe des vorstehend erläuterten Verfahrens hergestellten typischen Calciumcarbonatpulvers angegeben :
CaO (CaCO, wird als CaO angegeben) SiO2
55,51 (Gew. -96)
0,2
0,26
0,11
0,3
45,65
9,4
2.22 P
10 m2 /g
90 - 100 cm 3/100 g
RpO, (R = Metallatom)
Wasser
""Mihverlur-t
pH-V.'ert
mittlere Korngröße
Oberfläche
Schüttdichte
Das vorstehend angegebene pulverförmige Calciumcarbonat hat zufriedenstellende Qualität zur Verwendung in der Harzmasse für dynamoelektrische Maschinen. Gewünschtenfalls kann jedoch auch gereinigtes Calciumcarbonatpulver, wie gefälltes Calciumcarbonatpulver, verwendet werden. Ein Verfahren zur Herstellung des gefällten Calciumcarbonate, das die nachstehend beschriebenen Verfahrensstufen umfaßt, ist auf diesem Fachgebiet gut bekannt:
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(1) Kalzinieren von Kalkstein-Mineral, um CaCO, in CaO überzufUhren,
(2) Gewinnen von CaO,
(3) Umsetzung von CaO mit Wasser unter Bildung von Ca(OIl)2*
(4) Reinigung des rohen Ca(OH)2*
(5) Einleiten von gasförmigem CO2 in Ca(OH)2 unter Lildung von CaCO,,
(6) Entwässern und Trocknen von CaCO, und
(7) Mahlen des getrockneten CaCO, unter Bildung eines reinen, feinteiligen CaCO-,-Pulvers.
Da das gefällte Calciumcarbonatpulver ziemlich teuer im Vergleich mit pulverförnigem Kalkstein ist, eignet sich im Hinblick auf wirtschaftliche Gesichtspunkte feinverteilter pulverförmiger Kalkstein besser für die erfindungsgemäße Harzmasse.
Der relativ grobe pulverförmige Kalks-tein, der in der vorstehend erläuterten Weise durch Abtrennung von dem feinverteilten pulverförmigen Kalkstein erhalten wird, stellt eines der geeigneten teilchenförmigen Materialien für den groben Füllstoff dar. Dieser grobe pulverförmige Kalkstein hat fast die gleiche Zusammensetzung wie der feinteilige pulverförmige Kalkstein.
(b) Teilchenförmiges Mineral
Zu den als grobe Füllstoffe verwendeten teilchenförmigen anorganischen Mineralien gehören verschiedene Arten pulverförmiger Mineralien, wie Glimmerpulver, Alurainiumoxidpulver, Schieferpulver, Siliciumdioxidpulver, Sand und dergleichen. Dieses teilchenförmige Mineral sollte außerdem chemisch inert gegenüber dem ungesättigten Polyesterharz sein. Im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit und andere Gesichtspunkte sind Flußsand, Bergsand, Seesand und pulverförmiger Kalkstein geeignete Materialien.
Mindestens 95 ?6 des teilchenförmigen Minerals sollte ein Sieb mit 12 Maschen passieren und auf einem Sieb mit 200 Maschen zurückgehalten werden, so daß die Korngröße des Minerals im Bereich
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zwischen 74 pm und 1400 um liegt. Vorzugsweise sollte es ein Sieb mit 12 Maschen passieren und auf einem Sieb mit 150 Maschen zurückgehalten werden. Die in dieser Beschreibung verwendete Siebgröße ist die Siebgröße bzw. Maschenzahl des VT-Standard-Siebs. Es besteht folgender Zusammenhang zwischen der Maschenzahl und der Korngröße :
12 Maschen 1410 um
32 Maschen 500 um
60 Maschen 250 pm
100 Maschen 149 pm
150 Maschen 105 pm
200 Maschen 74 pm
250 Maschen 63 pm
325 Maschen 44 pm
Wenn die Korngröße des teilchenförmigen Minerals einen Wert von 1500 um überschreitet, so kann die Harzmasse nicht in schmale Hohlräume und Zwischenräume des Stators fließen. Wenn andererseits die Korngröße weniger als 70 pm beträgt, so werden die Fließeigenschaften der Masse wegen der Erhöhung der Viskosität der Masse schlecht. Infolgedessen wird das Verformen der Masse mit Hilfe einer Spritzguß- oder Preßspritz-Vorrichtung schwierig und gleichzeitig besteht di«. NeJrunp;, daß die mechanischen Eigenschaften, RT>p-'"'n"n d:e Schlagfestigkeit, des gehärteten Formkörpers, verschlechtert werden.
Flußsand und Bergsand sind in Japan als Füllstoffe im Handel erhältlich. Flußsand wird in die Grade A-4, A-5, A-6 und A-7 eingeteilt, Bergsand wird klassifiziert als N-40, N-50, N-60 und N-80. Es wurde gefunden, daß die jeweiligen Grade folgende Korngrößenverteilungen haben :
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TABELLE 1
Flußsand A-5 A-6 A-7 N-AO Bergsand N-60 N-SO
Maschenzahl des
Siebes
A-4 - - - 2% N-50 - -
+ 12 Maschen - 32% 95% 15% 80 - - 3%
-12 Maschen + 32 Ma
schen
95% 66 4,5 33 13 4% 3056 20}b
-32 Maschen + 60 Ma
schen
5 2 0,5 39 4 67 44 33
-60 Maschen + 100 Ma
schen
- - - 9 1 15 17 23
-100 Maschen + 150 Ma
schen
- - - 2 - 3 7 17
-150 Maschen + 200 Ma
schen
- 1 2 4
-?00 Maschen +325 Ma
schen
I
Die Angaben über die Maschenzahlen, wie M-12 Maschen + 32 Maschen", bedeuten, daß die Teilchen ein Sieb mit 12 Maschen passieren und auf einem Sieb mit 32 Maschen zurückgehalten werden.
Die Flußsande A-4, A-5, A-6 und A-7 sind für die Zwecke der Erfindung geeignet, weil sie alle Korngrössen von etwa 1500 pn bis 70 jum aufweisen. Bevorzugte Grade sind A-4, A-5 und A-6. Da Grad A-7 2 % Teilchen mit einer Korngröße von weniger als etwa 100 pn enthält, zeigt er eine stärkere Tendenz zur Erhöhung der Viskosität der Masse, als andere Grade. Bergsande der Grade N-40, N-50 und N-60 werden für die Zwecke der Erfindung bevorzugt, weil mindestens 91 % dieser Sandfraktionen eine Korngröße von mehr als 105 um haben. Da Grad N-80 einen beträchtlichen Anteil an Teilchen enthält, die ein Sieb mit
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200 Maschen passieren und deren mittlere Korngröße wesentlich geringer als die anderer Grade ist, ist Grad N-80 nicht notwendigerweise für die Zwecke der Erfindung geeignet.
Es existieren verschiedene Arten von Glasfasern, die üblicherweise als verstärkender Füllstoff für Harz-Füllstoff-Systeme verwendet wurden. Für die Zwecke der Erfindung eignet sich jede beliebige Art der üblichen Glasfasern. Die Länge und der Durchmesser der Glasfasern sind jedoch wichtige Faktoren für die Erfindung. Durch die Erfinder vorgenommene Versuche haben gezeigt, daß die Glasfasern in dem System der Harz-Füllstoff-Masse eine Länge von mindestens 200 pm haben sollen. Wenn auch die Glasfasern während des Knetcns der Masse gemahlen und verkürzt werden, so tritt bei kurzen Glasfasern, wie mit einer Länge von 200 um, keine übermäßige Verkürzung ein, vorausgesetzt, daß in der Masse eine geeignete Menge an pulverförmigem Calciumcarbonat vorliegt. Vorzugsweise sollten die Glasfasern eine Länge von 1000 um bis 10 000 pra aufweisen, wenn auch der obere Grenzwert der Länge in der Praxis nicht kritisch ist.
In Japan sind Glasfasern zur Verwendung als Füllstoffe erhältlich, deren Länge im Bereich von 25 000 um bis 65 000 um liegt. Wie vorstehend erläutert wurde, werden die Glasfasern während des Knetens verkürzt. Durch Versuche der Erfinder wurde festgestellt, daß die Glasfasern in der gekneteten Masse eine Länge von 200 um bis 5000 pm haben, während einige Glasfasern in der gekneteten Masse vorliegen, deren Länge außerhalb des angegebenen Bereiches liegt.
Durch Verwendung des pulverförmigen Calciumcarbonats und des groben Füllstoffes, mit den vorstehend angegebenen spezifischen Korngrößen, wird ermöglicht, übermäßige Verkürzung der Glasfaser während des Verknetens zu verhindern.
Die Glasfasern sollten einen Durchmesser von weniger als 150 jam haben. Wenn der Durchmesser zu groß ist, ist die Flexibilität der Glasfasern unzureichend, so daß die Glasfasern während des Knetens übermäßig stark verkürzt werden. Vorzugsweise sollten die Glasfa-
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sern einen Durchmesser von 50 bis mehrere Mikron aufweisen. Glasfasern mit einem Durchmesser von 9 pm bis 13 pm sind in Japan im Handel erhältlich. Geeignet sind auch Abfallglasfasern, die als Abfall in der Stufe des Spinnens von Glasfaser . ,..^llen, v/eil diese billig und leicht zugänglich sind. Außerdem kann Glasfaservlies in zerhackter Form eingesetzt v/erden. Insgesamt läßt sich feststellen, daß die Glasfasern Vorzugs v/ei se eine Länge von 1000 bis 100 000 pm haben sollten, bevor sie der Harzmasse zugesetzt v/erden, und daß sie nach dem Kneten des Harz-'•"^ + erns eine Länge von vorzugsweise 200 bis 5000 pm haben sollten.
III. Pulverform!ger_Ton
Für die Zwecke der Erfindung wird pulverförmiger Ton als Abscheidungsinhibitor verwendet. Der pulverförmige Ton kann v/eggelassen werden, wenn das aus Füllstoff und Harzrnasse bestehende System ausreichende Verforraungseigenschaftcn hat. Der pulverförmige Ton kann auch durch übliche Abccheidungsinhibitoren ersetzt v/erden. Das Tonpulver verhindert die Abscheidung von ungesättigtem Polyesterharz und Füllstoff. Zwar wurde Ton bereits in üblichen Massen als Füllstoff verwendet, erfindungsgemäß wurde jedoch festgestellt, daß die Funktion von pulverförmigem Ton als Abscheidungsinhibitor oder als Abscheidungs-Regler wichtiger als die als Füllstoff ist. Durch Verändern der zugesetzten Menge des Tonpulvers zu der erfindungsgemäßen Masse können der Grad der Harzabscheidung oder die Länge der auf die Harzabscheidung zurückzuführenden Grate in geeigneter V/eise eingestellt werden.
Im allgemeinen kann es wünschenswert sein, die Harzabscheidung vollständig zu verhindern. Erfindungsgemäß wurde jedoch festgestellt, daß beim Spritzgießen oder Preßspritzen von Statoren ein gewisses Ausmaß der Harzabscheidung erforderlich ist, um dynamoelektrische Maschinen mit guten elektrischen Eigenschaften zu erhalten. Es wurde außerdem durch die Erfinder festgestellt, daß beim völligen Fehlen der Harzabscheidung sehr feine Hohlräume und Zwischenräume, insbesondere die Zwischenräume zwischen den Spulenwicklungen, nicht ausreichend mit der Harz-Füllstoff-Masse angefüllt wurden.
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Der verwendete pulverförmige Ton sollte eine Korngröße von weniger als etwa 40 um haben. Wenn die Korngröße mehr als 40 um beträgt, so kann keine Wirkung als Abscheidungsinhibitor erwartet werden.Demnach sollte die Gesamtmenge des pulverförmigen Tons ein 325-Maschen-Sieb passieren.
Durch Versuche der Erfinder wurde festgestellt, daß übliche Abscheidungsinhibitoren, wie sie in der US-PS 3 763 080 beschrieben sind, nicht notwendigerweise für das erfindungsgemäße Harz-Füllstoff-System für dynamoelektrische Maschinen geeignet waren. Da kolloidale Kieselsäure (Korngröße 0,012 pm), amorphe Kieselsäure (Korngröße 0,012 um) und Asbest (Korngröße 0,00025 pm) extrem kleine Korngrössen haben, neigen sie dazu, sich in der Atmosphäre zu zerstreuen. In der Atmosphäre vorliegende feine pulverförmige Materialien verursachen natürlich Gesundheitsschädigungen der Arbeiter. Zwar sind übliche Abscheidungsinhibitoren, wie die vorstehend erwähnten, sehr wirksam, solange die Abscheidung des Harzes völlig verhindert werden soll. So kann beispielsweise ein Zusatz von nur 0,5 % kolloidaler Kieselsäure, bezogen auf das Gesamtgewicht der Hasse, ausreichen. Da jedoch dieser Abscheidungsinhibitor zu stark wirksam ist, ist der noch verbleibende Grad der Harzabscheidung so gering, daß bei Verwendung eines solchen Harz-Füllstoff-Systems die Ausfüllung der kleinen Hohlräume und Zwischenräume unzureichend ist. Wenn die zugesetzte Kenge an kolloidaler Kieselsäure oder eines anderen üblichen Inhibitors außerordentlich stark vermindert wird, um den Grad der Harzabscheidung einzustellen, so ist die gleichförmige Verteilung des Inhibitors in der Masse nur schwierig zu erreichen. Im Hinblick auf die vorstehend erläuterten Gründe wurde für die Zwecke der Erfindung pulverförmiger Ton als Abscheidungsinhibitor gewählt.
Verhältnis der Komponenten
Die Gewichtsverhältnisse der jeweiligen Komponenten sind wesentlich, damit die Zwecke der Erfindung erreicht werden. 1) Das Verhältnis (a)/(b) von Calciumcarbonatpulver zu dem teilchenförmigen Mineral sollte innerhalb des Bereiches von 0,3 bis 4, angegeben als Gewichtsteile/Gewichtsteile, betragen. Wenn
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dieses Gewichtsverhältnis mehr als 4 beträgt, so ist die Schlagfestigkeit eines aus der Harz-Füllstoff-Masse erhaltenen gehärteten Formkörpers niedrig. Mikroskopische Beobachtungen des Zustands der gekneteten Masse zeigten, daß bei einem Gewichtsverhältnis von pulverförniigem Calciumcarbonat zu dem teilchenförmigen Mineral von weniger als 0,3 die Glasfasern während des Knetens der Masse gemahlen und verkürzt wurden, so daß sie ihre Verstärkungsfunktion verloren. Wenn andererseits dieses Verhältnis grosser als 4 ist, so hatte das aus der Masse gebildete System schlechte Fließfähigkeit und die kleinen Hohlräume und Zwischenräume in einem Stator wurden nicht ausreichend mit dieser Masse gefüllt.
2) Das Gewichtsverhältnis Il/Gesamtgewicht der Masse, d.h. das Gewichtsverhältnis der Füllstoffe zu dem Gesamtgewicht der Masse, sollte innerhalb eines Bereiches von 0,6 bis 0,9 liegen. Wenn dieses Verhältnis weniger als 0,6 beträgt, so haben aus der Masse erhaltene gehärtete Formkörper keine guten Eigenschaften im Hinblick auf mechanische Festigkeit und Wärmeleitung. Wenn andererseits dieses Verhältnis einen Wert von 0,9 überschreitet, so hat das aus der Masse gebildete System schlechte Fließfähigkeit. Eine solche Masse läßt sich daher schwierig in einer Spritzguß- oder Preßspritzvorrichtung unter niederem Druck (200 kg/cm oder weniger) verformen, weil das System einen hohen Fr^c^ck erfordert, so daß die Deformation von Spulenwicklungen eintritt. Wenn der Masse pulverförmiger Ton zugesetzt wird, so wird das vorstehend angegebene Gewichtsverhältnis (Gewicht von Il/Gesamtgewicht der Masse) in einem Bereich von 0,45 bis 0,85 verschoben.
3) Das Gewichtsverhältnis der Glasfasern zu dem Gesamtgewicht des Harz-Füllstoff-Systems ((c)/Gesamtgewicht der Masse) sollte innerhalb eines Bereiches von 0,05 bis 0,25 liegen. Wenn das Verhältnis weniger als 0,05 (d.h. 5 %) beträgt, so ist keine ausreichende Verstärkung durch die Glasfasern zu erwarten. Wenn dieses Verhältnis 0,25 (d.h. 25 %) überschreitet, so hat das aus der Masse gebildete System keine geeigneten Fließeigenschaften und wird aus- serdem durch den hohen Anteil der Glasfasern verteuert. Um einen
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gehärteten Formkörper mit einem Wert der Izod-Schlagfestigkeit von mehr als etwa 2,5 kg.cm/cm , was als Mindestwert für ein Statorgehäuse angesehen wird, zu erhalten, ist eine Menge von mindestens 5 % der Glasfasern erforderlich.
4) Das Gewichtsverhältnis von Polyesterharz zu dem Gesamtgewicht der Harz-Füllstoff-Kasse (l/Gesamtgewicht der Masse) sollte innerhalb eines Bereiches von 0,1 bis 0,4 (d.h., von 10 bis 40 %) liegen. Wenn dieses Verhältnis weniger als 10 % beträgt, so wird keine ausreichende Haftung zwischen den Füllstoffteilchen erzielt und die Zwischenräume zwischen den Spulenwicklungen können unausr*»ff?.llt von den Massen verbleiben. Wenn andererseits dieses Verhältnis mehr als 40 % beträgt, so sind die Wärmeleitfähigkeitseigenschaften der aus der gehärteten Masse erhaltenen Gehäuse unzureichend und der lineare V/ärmeausdehnungskoeffizient der gehärteten Formkörper ist so groß, daß Risse in dem gehärteten Formkörper auftreten und daß eine Abtrennung zwischen dem gehärteten Formkörper und Metallteilen des Stators eintreten kann. Vorzugsweise liegt dieses Verhältnis innerhalb eines Bereiches von 0,15 bis 0,3, so daß der lineare Wärmeausdehnungskoeffizient der gehärteten Formkörper weniger als etwa 3 x 10""5CmZCmZ0C, vorzugsweise 2 χ 10 cmZcmZ°C beträgt und daß gehärtete Formkörper mit guten mechanischen Eigenschaften, speziell guter Schlagfestigkeit, erhalten werden.
5) Das Gewichtsverhältnis von pulverförmigem Ton zu dem Gesamtgewicht der Harz-Füllstoff-Massen (IlZGesamtgevrLcht der Masse) sollte innerhalb eines Bereiches von 0,05 bis 0,15 liegen. Wenn dieses Verhältnis weniger als 0,05 (d.h. weniger als 5 %) beträgt, so tritt während des Verformens übermäßige Harzabscheidung ein. Wenn andererseits dieses Verhältnis mehr als 0,15 (d.h. mehr als 15 %) beträgt, so wird die Harzabscheidung zu gering, anders ausgedrückt, die Wirkung des Tonpulvers als Abscheidungsinhibitor zu stark. Infolgedessen ist die Füllung der Hohlräume und Zwischenräume in den Stator durch die Masse nicht ausreichend, wodurch
die elektrischen Eigenschaften der dynamoelektrischen Maschine unzufriedenstellend werden.
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Andere Zusätze
Es gibt zahlreiche Arten von Zusätzen, die üblicherweise für Formmassen verwendet wurden.
Bekanntlich können kurze Synthesefasern, wie Acrylfasern, Polyamidfasern, Vinylonfasern und dergleichen, in das aus Füllstoff und Harzrnasse bestehende System eingearbeitet v/erden. Modifizierraittel, wie Polybutadien, Polyäthylen, Polystyrol, Phenolharze, Epoxyharze, Melaminharze, Harnstoffharze und dergleichen können dem System einverleibt werden. Außerdem kann dem Harzsysteni ein geeignetes Trennmittel, wie Calciumstearat, Zinkstearat, Stearinsäure, polykristallines Wachs und dergleichen, vorzugsweise in einer Menge von 0,4 bis 1,2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Masse, zugesetzt werden. Um die Benetzung dec ; "Z1 toff es durch das Harz zu verbessern, kann dem System ein geeignetes Kupplungsmittel, wie Vinylsilan, Epoxysilan, Aminosilan und dergleichen, vorzugsweise in einer Menge von 0,2 bis 1,0 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Masse, zugesetzt werden. Dem System können außerdem verschiedene Arten von Pigmenten, wie Titandioxid, Chromoxid, Ruß und dergleichen, zugegeben werden, vorzugsweise in einer Menge von 0,2 bis 2 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Masse.
Formverfahren
Verfahren und Vorrichtungen zum Spritzgießen sind auf dem Fachgebiet bekannt. Um die Deformation der Wicklungen von Statoren zu verhindern, wird für die Zwecke der Erfindung vorzugsweise eine Preßspritzvorrichtung mit Innenauskleidung angewendet. Dabei wird erfindungsgemäß ein Formdruck von weniger als 200 kg/cm , Vorzugsweise 75 bis 20 kg/cm , angewendet. Die Preßtemperatur liegt vorzugsweise im Bereich von 120 bis 180°C und die Preßdauer beträgt vorzugsweise 1 bis 10 Minuten.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen Zeichnungen bedeuten : Fig. 1 eine perspektivische, zum Teil aufgebrochene Darstellung
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einer dynamoelektrischen Maschine gemäß der Erfindung; Fig. 2 eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen der Strecke der Harzabscheidung und dem Verhältnis von grobem Füllstoff zu feinem Füllstoff zeigt;
Fig.3a
bis 3i Photographien von Harz-Füllstoff-Massen, die den Zustand
der Glasfasern nach dem Kneten der Massen zeigen;
Fig. 4 eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen der Länge der auf die Harzabscheidung zurückzuführenden Grate und die Menge an feinem Füllstoff zeigt;
F\r·. 5 eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen der Schlagfestigkeit nach Izod eines gehärteten tormkörpers und dem Anteil an Glasfasern zeigt;
Fig. 6 eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen dem Mindestdrehmoment, aufgetragen gegen den Gehalt an Ton und die Länge der Grate aufgrund der Harzabscheidung zeigt;
Fig. 7 eine graphische Darstellung, die den Zusammenhang zwischen der Stoßdurchschlag-Spannung, aufgetragen gegen den Gehalt an pulverförmigem Ton und die Minder■J·"1 '"'")■ve von Graten aufgrund der Harzabscheidung zeigt; und
F\<t. 8a und 8b Photographien, welche das Eindringen des aus Harz und
Füllstoff bestehenden Systems in Zwischenräume von Spulenwicklungen zeigen.
In der in Fig. 1 gezeigten teilweise aufgebrochenen perspektivischen Ansicht eines erfindungsgemäßen Motors sind die Wicklungen Z und der Kern 4 konzentrisch um den Rotor 14 angeordnet. Die Spulenwicklungen 2 und der Kern 4 sind in das Härtungsprodukt einer Harz-Füllstoff-Masse eingekapselt, so daß ein wärmeableitendes, elektrisch isolierendes Gehäuse 8 gebildet wird. Nuten 10 des Stators 1, die jeweils eine Breite von 5 mm haben, sind mit dem gehärteten Produkt ausgefüllt. Dementsprechend sind auch die Bestandteile des Stators, einschließlich Spulenwicklungen, mit dem gehärteten Produkt gefüllt. An dem Gehäuse 1 ist eine stirnseitige Befestigungsvorrichtung 20, an der eine Lageranordnung 18 vorge-
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sehen ist. Die Welle 12 des Rotors 14 wird von der Lageranordnung 18 getragen.
Beispiel 1
Um die beste Kombination eines feinteiligen Füllstoffes mit Glasfasern aufzufinden, wurden von den Erfindern der vorliegenden Patentanmeldung zahlreiche Versuche durchgeführt. In diesen Versuchen wurden folgende Materialien und Zusammensetzungen der Harzmassen verwendet :
(1) Ungesättigtes Polyesterharz : Ein Gemisch aus 20 Gew.-% eines Vinylesters von DER-331 mit Dimethacrylat und 80 Gew.-# DER-664 mit Dimethacrylat. DER-331 und DER-664 sind Epoxyharze des Bisphenol-A-Typs. Das Gemisch enthält 30 Gew.-% monomeres Styrol und 1 Gew.-So Dicurnylperoxid, bezogen auf das Gesamtgewicht des Gemisches.
(2) Flußsand : A-4, A-5, A-6, A-7
(3) Feinteiliger Füllstoff
a) Calciumcarbonat-Pulver : -325 Maschen, mittlere Korngröße 2,22 um
b) Pulverförmiger Ton : 99,5 % des Tons passiert ein Sieb mit 325 Maschen, mittlere Korngröße 3,2 μχη
c) χ ■■Iverfcr.r.iges Quarzglas : -325 Kaschen, mittlere Korngröße 1,9 pm
(4) Glasfasern : Länge 6000 um und Durchmesser 9 pm
(5) Trennmittel : Zinkstearat (Zn-St)
(6) Kupplungsmittel : Methacryloxysilan
Zusammensetzung
Ungesättigtes Polyesterharz (Gemisch von Vinylestern)
Dicumylperoxid Methacryloxysilan
Zn-St
Quarzsand/Feiner Füllstoff
Glasfasern
'?■ t c i 1 e
100
1 1
100/300, 200/200, 300/100 27
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: belle 2
ο co ca
Sand/
Feiner
CaCO3 0,3 (25/75) Nach Heiz
zyklen
1,0 (50/50) Nach Heiz
zyklen
3,0 (75/25) Nach Heiz
zyklen
Füllstoff anfäng
lich
OOO anfäng
lich
OxO anfäng
lich
OxO
A4 Ton ooo OOO OOO OOO OOO Οχ χ
A5 Quarz
glas
ooo OOO ooo OOO ooo OOO
A6 ooo ooo ooo ooo ooo OxO
A7 ooo ooo ooo
A5 XXX XXX XXX
A5 XXX XXX XXX
Heizzyklus : 13O0C x2hs -2O0C χ 2h Zahl der Heizzyklen : 50 Zyklen
O J Keine Rißbildung, χ : Rißbildung
IVJ
to oo
CD CD
Beispiel 2
Um die beste Kombination von feinem Füllstoff mit Glasfasern aufzufinden, wurden andere Versuche durchgeführt, in denen nur Kieselsäuresand (Quarzsand) mit einer Korngröße entsprechend -32 Maschen +100 Maschen bei den erfindungsgemäßen Versuchen verwendet wurde. Zu Vergleichszvecken v/urden die Izod-Gchlagfestigkeitswerte von gehärteten Formkörpern aus der Harz-Füllstoff-Masse gemessen.
In Fig. 2 ist der Zusammenhang zwischen dem Izod-Schlagfestigkeitswert (kg.cm/cm") und der Füllstoffzusammensetzung aufgetragen, der bei den vorstehend erläuterten Versuchen erhalten vurde. Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß nur die Kombination von pulverförmiger!1. Calciumcarbonat als feiner Füllstoff mit Glasfasern zu guten Schlagfestigkeitseigenschaften führt. Erfindungsgemäß wurde zwar der Grund für dieses Ergebnis nicht aufgeklärt, aus den in Figuren Ja bis 3i gezeigten Tatsachen wird jedoch geschlossen, daß das pulverförmige Calciumcarbonat die Glasfasern während des Knetens der Masse schützt, so daß übermäßiges Zerkleinern oder Verkürzen der Glasfasern verhindert wird. Die in Figuren 3a bis 3i gezeigten Photographien geben den Zustand der Massen nach dem Kneten an. Nachdem jede der Massen mit Hilfe eines Walzenkneters geknetet worden war, wurden etwa 2 g als Probe entnommen. Die Probe wurde dann mit Tetrahydrofuran zum Freilegen der Glasfasern extrahiert. Der Zustand der so behandelten Probe wurde mikroskopisch beobachtet,
Aus den Figuren 3a bis 3c ist ersichtlich, daß die Beschädigung der Glasfasern umso geringer ist, je größer die Menge an pulverförmigem Calciumcarbonat, bezogen auf die Menge an Siliciumdioxid-8and ist. Anders ausgedrückt, beobachtet man in den Fällen eine größere Menge an langen Glasfasern, wenn in der Masse ein niederes Verhältnis von Quarzsand zu Glasfasern vorliegt. Aus den Figuren 3d bis 3i ist ferner ersichtlich, dcß im wesentlichen keine längen Glasfasern in den Fällen beobachtet werden, wenn Kombinationen von Siliciumdioxidsand mit Quarzglaspulver und mit pulverförmigem
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Ton vorliegen.
Aus den Figuren 2 und 3a bis 3c ist außerdem ersichtlich, daß hei einer Verminderung des Verhältnisses von Sand zu pulverförmig ecm Calciumcarbonat die Werte der Schlagfestigkeit ansteigen. Anders ausgedrückt, sollte die Menge an Calciumcarbonatpulver nicht zu gering sein. ErfindungsgeiTiäß wird daher das Verhältnis von (a) zu (b) auf 0,3 bis 4 eingestellt.
Fig. 4 zeigt den Grad der Ilarzabscheidung, angegeben als Länge der Grate, die durch Herausquetschen des Harzes aus den Formen gebildet werden. Die Preßspritztemperatur betrug 150 C, der
Preßdruck 50 kg/cm und die Preßdauer 4 Minuten.
Gemäß Fig. 4 ist bei Verwendung von Calciumcarbonatpulver unter den drei feinen Füllstoffen die Gratlänge am größten. Die bei diesen Versuchen angewendeten Zusammensetzungen sind die gleichen wie bei Figuren 2 und 3a bis 3i·
Fig. 5 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Izod-Schlagfestigkeits-,^t und der zugesetzten Menge an Glasfasern. Da ein Schlag-
iustigkeitswert von mindestens 2 kg.cm/cm für ein Statorgehäuse einer kleinen dynamoelektrischen Maschine erforderlich ist, beträgt die zuzusetzende Mindestmenge für die Glasfasern 5 %- Bei einer Erhöhung der zugesetzten Menge an Glasfasern steigt der Schlagfestigkeitswert an. Die zugesetzte Menge dieser Glasfasern sollte jedoch weniger als 25 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Systems der Masse, betragen.
Fig. 6 zeigt den Zusammenhang zwischen der Schmelzviskosität der Masse, dargestellt als Mindestdrehmoment (Tork) η min (g.m) und der zugesetzten Menge an pulverförmigem Ton und der Gratlänge. Das Mindestdrehmoment (n min) wurde mit Hilfe eines Blakender-Plasti-Corder-Mischers Tg-30 des Typs PLV 151 gemessen. Die Anzahl der Walzenumdrehungen betrug 30 Upm und 30 g einer Probe wurden unter 7-minütigem Erhitzen von 5O0C auf 1300C gehärtet.
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Während der Härtungsreaktion wurde das Drehmoment des Plasti-Corders gemessen und in Fig. 6 aufgetragen. Die Veränderung des Drehmoments kann als Viskositätsänderung der Masse angesehen werden. Aus Fig. 6 ist ersichtlich, daß bei einer Erhöhung der zugesetzten Menge an pulverförmigem Ton die Viskosität (η min) ansteigt und die Gratlänge abnimmt. Wenn die zugesetzte Menge an pulverförmigem Ton veniger als 5 % beträgt, so ist die Viskosität (η min) höher als etwa 13 (g.m) und die Gratlänge beträgt weniger als 25 mm.
Fig. 7 zeigt den Zusammenhang zwischen der Stoßdurchschlagspannung eines eingebetteten Stators und dem Mindestdrehmoment (η min, g.m) und dem Tongehalt der Masse, der auf der Abszisse aufgetragen ist.
Innerhalb des Bereiches von 5 bis 15 % pulverförmigem Ton liegt die Impulsdurchschlagspannung oberhalb des unteren Grenzwerts für die Durchschlagspannung und das Mindestdrehmoment beträgt mehr als 13 (g«m) innerhalb des Bereiches von 5 bis 15 % des pulverförmigen Tons. Demnach sollte der Gehalt an Tonpulver 5 bis 15 Gew.-?£ betragen, damit dynamoelektrische Maschinen mit £uten elektrischen Eigenschaften erhalten werden können.
Die Figuren 8a und 8b stellen Photographien dar, die den Zustand der Zwischenräume von Spulenwicklungen zeigen, die mit der Harz-FUllstoff-Masse imprägniert sind. Fig.8a zeigt die Impregnation mit dem System einer Masse, die 18 % pulverförmigen Ton als Abscheidungsinhibitor enthält, und Fig. 8b zeigt die Imprägnation mit der Masse, die 7,6 % pulverförmigen Ton enthält. Wenn auch die Harzabscheidung durch Erhöhung des Anteils an Tonpulver verhindert wird, so führt doch eine übermäßig starke Verhinderung der Harzabscheidung zu einer unzureichenden Imprägnierung, wie in Flg. 8a gezeigt ist, in der fast kein Eindringen der Masse in die Zwischenräume beobachtet wird. Wenn andererseits der Tongehalt 7,6 % beträgt, so sind die Zwischenräume zwischen den Spulenwicklungen ausreichend mit der Harz-Füllstoff-Masse imprägniert, wie aus Fig. 8b ersichtlich ist.
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Beispiel 3
Harz-Füllstoff-Hassen der folgenden Zusammensetzungen wurden hergestellt :
Gewichtstelle
Ungesättigtes Polyester
harz gemäß Beispiel 1
60
Monomeres Styrol 30
Diallylphthalat-Vorpolymeres 5
Dicumylperoxid 1
Zn-St 2
Methacryloxy-propyltrimethoxy-
silan
1
Füllstoff
a) Siliciumdioxidsand \ g
b) Calciumcarbonat (Korngröße v/eniger als 10 pm) j le 3
c) Glasfasern (Longe 5000 um, Durchmesser 6 um) 60
5 Testkörper aus den in Tabelle 3 gezeigten einzelnen Massen wurden mit Hilfe einer Spritzgußmaschine mit Innenauskleidung geformt und die Wechselstrom-Durchschlagspannung (stufenweise TW">i;ng £er spannung 1 kV/sec) der Testkörper wurde gemessen Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 aufgeführt.
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Tabelle 3
Sillciusidioxidsand (um) Calc.tumcarbonat/Siliciumdi oxid sand
(Gev:i ch/t svo rhU ltn i π)
25/75 50/50 75/25;90/10 10 loo/o:
-12 Manchen +32 Maschen 0/100 9 15 15 11 <t*
-32 Maschen +60 Maschen Ve rf ornien
unmöglich
10 14 13
I^
10 <4
-60 Maschen+150 Maschen If 10 16 10 7 <4
-lOOMaschen+250 Maschen <4 9 13 <4
7
Aus den in Tabelle 3 gezeigten Ergebnissen ist ersichtlich, daß dann, wenn '1Or verwendete Siliciuradioxid3and eine kleine Teilchen- r-" ut, wie entsprechend -100 Maschen +250 Maschin, und das verhältnis von Calciumcarbonat zu fcinteiligera Siliciuradioxid- sand außerhalb des Bereiches von 0,3 bis 4 liegt, gehärtete Gegenstände erhalten werden, deren Stoßdurchschlagspannungen nicht immer gut sind. Es ist außerdem ersichtlich, daß Calciumcarbonat und Quarzsand wesentlich für die Masse sind, um einen gehärteten Formkörper mit guten elektrischen Eigenschaften herzustellen.
Beispiel 4
Massen der folgenden Zusammensetzung wurden hergestellt :
Ungesättigtes Polyesterharz (hergestellt aus Maleinsäureanhydrid, Isophthalsäure und Propylenglycol, mit einem Gehalt an 40 Gew.-50 Styrol, Viskosität 600 Centipoise)
Di c umyIp e roxi d
Zn-St
Methacryloxy-propYltrimethoxx-fSilan
100
1 2 1
ORIGINAL INSPECTED
Füllstoffe :
a) Siliciumdioxldsand (-32 Maschen +60 Maschen)
b) Calciumcarbonat (weniger als 10 um)
c) Glasfasern (Lange 6000 pm, Durchmesser 9 um)
Das Verhältnis der Füllstoffe betrug 45/45/10 und die Gesamtmenge der Füllstoffe wurde wie in Tabelle 4 variiert. Pulverförmiger Ton (Korngröi3e weniger als 44 um, durchschnittliche Korngröße 3,2 um)
Stoßdurchschlagspannungen der Testkörper wurden in gleicher Weise wie in Beispiel 1 gemessen.
Tabelle 4
Gesamtmenge der Füllstoffe
(Gcwichtstej le)
110 260 360 560 760
Verhältnis von Harz zu Ge
samtgewicht der ITacse
0,39 0,33 0,25 0,166 0,12
Prozentualer Anteil der
Füllstoffe am Gesamtgewicht
der Masse
59 74 80 85 89
Stoßdurchschlagspannung (kV) 7 9 13 10 5
Aus den in Tabelle 3 gezeigten Ergebnissen ist ersichtlich, daß das Verhältnis von Harz zu dem Gesamtgewicht der Masse größer als 0,1 sein soll.
Beispiel 5
Eine Masse der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt :
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Gewichtstaile
Ungesättigtes Polyesterharz 70
(Vinylester eines Methacrylax- und Bisphonol-A-Epoxyharacs mit -Mnem Epoxy äquivalent von 875 bis 1025)
Monomeres Styrol 30
Diallylphthalat-Vorpolyraeres 5
Dicuraylperoxid 1
Zn-St 2
Methacryloxysilan 1
Füllstoffe :
a) Siliciumdioxid.sand (-12 Maschen +60 Maschen) 202,5
b) Calciumcarbonat (weniger* als 10 um) 162,5
c) Glasfasern (Länge 6000 jam, Durchmesser 9 jim) 45 Pulverförmiger Ton gemäß Beispiel 4 40
Die Masse wurde geknotet und 30 Statoren der in Fig. 1 gezeigten Art wurden durch Spritzgießen unter Verwendung der vorstehend iasro h?1"··"""1 "-teilt ^' . ..oolilagspannungen .„.^u^ 6 cifex· ^pulenwicklungen wurden gemessen. Die mittlere Stoßdurchschlagspannung der Statoren betrug etwa 7 kV.
Beispiel 6
Die gleichen Versuche wie in Beispiel 4 wurden durchgeführt, mit der Abänderung, daß der Siliciumdioxidsand durch pulverförmigen Kalkstein einer Korngröße entsprechend -60 Maschen +100 Maschen ersetzt wurde. Die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 5 gezeigt.
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ORIGINAL INSPECTED
Tabelle 5
Gesamtmenge der Füllstoffe
(α) + (b) + (c)
^Gewichtsteile)
110 260 360 560 760
Verhältnis von I zu dem Ge
samtgewicht der Hasse
0,41 0,26 0,2 0,15 0,11
Stoßdurchschlagspannung (kV) 7 10 13 12 8
Beispiel 7
Der in Beispiel 5 beschriebene Versuch wurde wiederholt, wobei jedoch die dort verwendeten Füllstoffe durch Füllstoffe und pulverförmigen Ton der nachstehend angegebenen Zusammensetzung ersetzt wurden.
Pulverförmiger Kalkstein (-60 Maschen +100 Maschen)
Calciumcarbonatpulver (weniger als 10 um)
Glasfasern (Länge 6000 pm, Durchmesser 9 pm)
Pulverförmiger Ton (-325 Maschen)
Teile 202,5
150
45
52,5
Die mittlere Stoßdurchschlagspannung von 30 Statoren, die in die vorstehend angegebene Masse eingeformt wurden, betrug 8,5 kV.
Beispiel 8
Als anorganisches teilchenförmiges Mineral wurde pulverförmiger Kalkstein einer Korngröße von -60 Maschen +100 Maschen verwendet. Die in Beispiel 1 beschriebenen Versuche wurden mit der Masse
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durchgeführt, welche die folgende Zusammensetzlang hatte :
(1) Ungesättigtes Polyesterharz gemäß Beispiel 1
(2) Dicumylperoxid
(3) Pulverförmiger Kalkstein (-12 Maschen +60 Maschen)
(4) Calciumcarbonatpulver (-325 Maschen)
(5) Glasfasern (Länge 6000 pm, Durchmesser 9 pm) ♦
(6) Methacryloxysilan
Teile 100
1 insgesamt
27 2
Die Verhältnisse von pulverförmigem Calciumcarbonat zu pulverförmigem Kalkstein sind in der nachstehenden Tabelle 6 gezeigt,
Unter Verwendung dieser Massen geformte Statoren wurden einem Heizzyklustest unterworfen und die dabei erhaltenen Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 6 aufgeführt.
Tabelle 6
Verhältnis (CaCOj/Kalkstein C-, 3 (25/75) Nach 50 Heiz
zyklen
1,0 (50/50) Nach 50 Heiz
zyklen
) 3 (75/25) Nach 50
Heizzyklen
Anfäng
lich
OOO Anfäng
lich
OOO Anfäng
lich
OOO
OOO OOO OOO
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Claims (11)

  1. PATENTANWÄLTE
    SCHIFF ν. FÜNER STREHL SCHÜBEL-HOPF EBBINGHAUS
    MARIAHILFPLATZ 2 A 3. MDNCHEN SO POSTADRESSE: POSTFACH 95 OI 6O, D-8OOO MÖNCHEN 95
    HITACHI, LTD. 25. März 1977
    DA-5420
    Dynamoelektrische Maschine πit in eine gefüllte Harzmasse eingebettet en Wi. el: "luri^wi un i Korn
    PATENTANSPRÜCHE
    ^.) Dynamoelektrische Maschine mit einer Wicklungen und einem Kern aufweisenden Statoranordnung, die in ein wärmeableitendes elektrisch isolierendes Gehäuse eingekapselt ist, einer Rotoran ordnung mit einer zentral zu dieser angebrachten Welle und einer an der Statoranordnung vorgesehenen Lageranordnung, velche die Welle drehbar unterstützt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus dem gehärteten Produkt einer Harz-Füllstoff-Masse besteht, die folgende Bestandteile enthält : I. ein flüssiges ungesättigtes Polyesterharz, das eine äthylenisch ungesättigte monomere Verbindung und einen Härtungskatalysator
    ^09846/0707
    ORIGINAL INSPECTED
    enthält und eine Viskosität von 50 bis 50 000 Centipoise bei 25°C hat, und
    II. eine anorganische elektrisch isolierende Füllstoffkomponente, bestehend im wesentlichen aus
    (a) pulverförmigem Calciumcarbonat einer solchen Korngröße, daß die Teilchen ein US-Sieb mit 325 Maschen passieren,
    (b) einem anorganischen teilchenförmigen Mineral einer solchen Korngröße, daß die Teilchen ein US-Sieb mit 12 Maschen passieren und auf einem US-Sieb mit 200 Maschen zurückgehalten werden, und
    (c) Stapelglasfaser, die nach dem Kneten der Masse eine Länge von mehr als 200 um und einen Durchmesser von weniger als 150 um hat,
    wobei das Gewichtsverhältnis der einzelnen Bestandteile folgenden Bedingungen genügt :
    (a)/(b) = 0,3 bis 4; (c)/Gesamtgewicht der Masse = 0,05 bis 0,25,
    l/Gesamtgewicht der Masse =0,1 bis 0,4, und II/Gesamtgewicht der Masse =0,6 bis 0,9.
  2. 2. Dynamoelektrische Maschine mit einer Wicklungen und einen Kern aufweisenden Statoranordnung, die in ein wärmeableitendes elektrisch isolierendes Gehäuse eingekapselt ist, einer Rotoranordnung mit einer zentral zu dieser angebrachten Welle und einer an der Statoranordnung vorgesehenen Lageranordnung, welche die Welle drehbar unterstützt, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse aus dem gehärteten Produkt einer Harz-Füllstoff-Masse besteht, die folgende Bestandteile enthält:
    209846/0707
    I. ein flüssiges ungesättigtes Polyesterharz, das ein polymerisierbares Vinylmonomeres und einen Härtungskatalysator enthält und bei Raumtemperatur eine Viskosität von 50 bis 50 000 Centipoise hat;
    II. eine anorganische elektrisch isolierende Füllstoffkomponente, bestehend im wesentlichen aus
    (a) pulverförmigem Calciumcarbonat, dessen Teilchen ein US-Sieb mit 325 Maschen passieren,
    (b) einem teilchenförmigen Mineral, dessen Teilchen ein US-Sieb mit 12 Maschen passieren und auf einem US-Sieb mit 150 Maschen zurückgehalten werden, und
    (c) Stapelglasfaser, die nach dem Kneten der Masse eine Länge von mehr als 200 tun und einen Durchmesser von weniger als 50 um hat, und
    III. pulverförmigen Ton, dessen Teilchen ein US-Sieb mit 325 Maschen passieren,
    wobei die Mengenverhältnisse der einzelnen Bestandteile folgenden Bedingungen genügen :
    (a)/(b) = 0,3 bis 4; (c)/Gesamtgewicht der Masse = 0,05 bis 0,25,
    l/Gesamtgewicht der Masse =0,1 bis 0,4, II/Gesamtgewicht der Masse = 0,45 bis 0,85, und III/Gesamtgewicht der Masse = 0,05 bis 0,15.
  3. 3. Dynamoelektrische Maschine mit einer Wicklungen und einen Kern aufweisenden Statoranordnung, die in ein wärmeableitendes elektrisch isolierendes Gehäuse eingekapselt ist, einer Rotoranordnung mit einer zentral zu dieser angebrachten Welle und einer
    209846/0707
    an der Statoranordnung vorgesehenen Lageranordnung ,welche die Welle drehbar unterstützt, in der die Zwischenräume zwischen den V/icklungen und die Hohlräume fest und porenfrei mit einem gehärteten Produkt oei'üllt sind und die Außenfläche des Gehäuses mit der Atmosphäre in Berührung steht, so daß die während des Betriebs der dynamoeleuIrischen Maschine frei werdende Wärme abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet , daß das gehärtete Produkt einen linearen Wärmeausdehnungskoeffizienten von weniger als 3 x 10 cm/cm/ C hat und das Härtungsprodukt einer Harz-Füllstoff-Masse darstellt, die folgende Bestandteile enthält :
    I. ein flüssiges ungesättigtes Polyesterharz, das eine äthylenisch ungesättigte monomere Verbindung und einen Hartungskatalysator enthält und eine Viskosität von 50 bis 50 000 Centipoise bei
    25°C hat, und
    II. eine anorganische elektrisch isolierende Füllstoffkomponente, bestehend im wesentlichen aus
    (<O pulverförmigem Calciumcarbonat, das ein US-Sieb mit 325 Maschen passiert,
    (b) einem teilchenförmigen anorganischen Mineral, dessen Teilchen zu mindestens 95 % ein US-Sieb mit 12 Maschen passieren und auf einem US-Sieb mit 200 Maschen zurückgehalten werden, und
    (c) Glasfasern, die nach dem Kneten der Masse eine Länge von mehr als 200 pm und einen Durchmesser von weniger als 150 pn haben, und
    III. pulverförmigen Ton, dessen Teilchen ein Sieb mit 325 Maschen passieren, wobei die einzelnen Bestandteile in folgenden Mengenverhältnissen vorliegen :
    ^098^6/0707
    27 1 3299 (a)/(b) = 0,3 bis 4; (c)/Gesamtgewicht der Masse = 0,05 Ms 0,25,
    I/Gesamtgewicht der Masse =0,1 bis 0,4 II/Gesamtgewicht der Masse = 0,45 bis 0,85, und IIl/Gesamtgewicht der Masse = 0,05 bis 0,15.
  4. 4. Dynamoelektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 "bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß als teilchenformiges Mineral pulverförmiger Kalkstein vorliegt.
  5. 5. Dynamoelektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ucio,.ich gekennzeichnet , daß als teilchenformiges Mineral Quarzsand vorliegt.
  6. 6. Dynamoelektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern nach den gründlichen Kneten der Masse eine Länge von 200 bis 5000 um haben,
  7. 7. Dynamoelektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet; , daß das ungesättigte Polyesterharz ein Gemisch aus Vinylestern von Epoxyverbindungen des B.i.sphenol-A-Typs oder Epoxyverbindungen des Novolak-Typs mit Diiuethacrylaten oder Acrylaten enthält.
  8. 8. Dynamoelektrische Maschine nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet , daß als pulverförmiges Caciumcarbonat feinverteilter pulverförmiger Kalkstein vorliegt.
  9. 9. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß als teilchenformiges Mineral
    .709848/0107
    Quarzsandpulver vorliegt, dessen Teilchen ein 12-Maschen-Sieb passieren und auf einem 150-Maschen-Sieb zurückgehalten werden.
  10. 10. Dynamoelektrische Maschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß als teilchenförmiges Mineral x., ußsand, Bergsand, Seesand, pulverförmiger Kalkstein oder Kombinationen dieser Materialien vorliegen.
  11. 11. Dynamoelektrische Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, oder 7, dadurch gekennzeichnet , daß der Füllstoff
    im wesentlichen aus folgenden Bestandteilen besteht :
    a) Pulverförmigem Calciumcarbonat einer mittleren Korngröße von weniger als 5 pm,
    b) einem teilchenförmigen Mineral, das zu mindestens 95 % ein 12-Maschen-Sieb passiert und nuf einem 150-Maschen-Sieb zurüc1'■ ...^.LUU. wird, und das aus Flußsand, Eergcrmd, Seesand, i/ulverförmigem Kalkstein oder Kombinationen dieser Materialien besteht, und
    c) Stapelglasfaser einer Länge von 200 bis 50 000 um und mit einem Durchmesser von 5 bis 13 um.
    09846/0707
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