DE2720531A1

DE2720531A1 - Verfahren zum verkleben von geschichteten teilen

Info

Publication number: DE2720531A1
Application number: DE19772720531
Authority: DE
Inventors: Frederick Gui Williamson
Original assignee: Scott & Co Ltd Geo
Current assignee: Scott & Co Ltd Geo
Priority date: 1976-05-08
Filing date: 1977-05-06
Publication date: 1977-11-24
Also published as: FR2350388B2; GB1582433A; FR2350388A2

Description

Patentanwalt DIPL.-PHYS. DR. W. LANGhOFF Rechtsanwalt B. LANGHOFF*

MÜNCHEN 81 WISSMANNSTRASSE 14 TELEFON 93 27 74 TELEGRAMMADRESSE LANGHOFFPATENT MÜNCHEN

München, den 6. Mai 1977 Unser Zeichen : 5 - 1697

Patentanmeldung
der Firma

Geo. L. Scott & Co. Ltd., Cromwell Road, Ellesmere Port,

Cheshire L65 4DT, England

Verfahren zum Verkleben von geschichteten Teilen

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■ Standiger allgemeiner Vertreter nach § 46 PatAnwO. zugelassen bei den Landgerichten München I und H «ost^heckkonlo München Nr 48952 80β Bankkonten Bayerische Vereinsbank. München Nr BCI899. Deutsche Bank. München. Nr 32/13939

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verkleben von geschichteten Teilen, insbesondere Blechpaketen von Elektromotoren, mittels eines Epoxidharzes, wobei die geschichteten Teile in die gewünschte Lage gebracht werden, sodann mit dem Harz durch Kapillarwirkung getränkt werden und das ganze sodann wenigstens teilgehärtet wird.

Bei einem derartigen bekannten Verfahren wird ein Epoxidharz mit einem Härter verwendet sowie ein oder mehrere polymerisierbare Monomere, ein Vernetzungsmittel und einem freie Radikale zur Verfügung stellenden Polymerisationsinitiator (DT-OS 23 59 941).

Es ist auch bereits ein Verfahren zum Verkleben von Laminaten bekannt, welches jedoch nicht von ungeübtem Personal durchgeführt werden kann und äußerst umständlich ist. Der Rotor und der Stator eines Elektromotors müssen dabei vollständig zusammengesetzt und mehrere Stunden lang auf eine Temperatur über 100⁰C erhitzt werden. Danach wird das elektrische Bauteil in einen Vakuumkessel gebracht, der auf Hochvakuum evakuiert wird, und sodann das Bauteil in ein Epoxidharz getaucht, und schließlich der Kessel unter Atmosphärendruck gesetzt. Das Epoxidharz dringt dann in die Hohlräume und Zwischenräume des Bauteils ein, indem es durch den Luftdruck in diese hineingedrückt wird. Eine Kapillarwirkung kommt dabei nicht zum Tragen (US-PS 3 071 496).

Das eingangs genannte Verfahren hat insofern Nachteile, als die zu verwendende Harzmischung verhältnismäßig komplex ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches mit einfacheren Epoxidharzsystemen durchgeführt werden kann.

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Es wurde nun gefunden, daß andere Epoxidharzsysteme ebenfalls eine Kapillarwirkung aufweisen und sich daher für das Verkleben von geschichteten Teilen eignen.

Das neue Verfahren besteht darin, daß das Epoxidharz vor dem Tränken mit einem ein Lösungsmittel oder eine Suspensionsflüssigkeit bildenden Träger vermischt wird, der die Viskosität auf eine für die Kapillarwirkung erforderliche Höhe verringert.

Besonders günstige Eigenschaften ergeben sich, wenn ein Härter mit polaren Eigenschaften verwendet wird, wenn das Lösungsmittel oder die Suspensions flüssigkeit sowohl polare als auch nicht polare Eigenschaften hat, und wenn auch die Oberflächenspannung eine bestimmte, die Kapillarwirkung verbessernde Höhe hat. Dabei treten nicht die Schwierigkeiten auf, die sonst durch Verdunstung eines Lösungsmittels oder einer Suspensionsflüssigkeit aus einem Kleber auftreten, nämlich Blasenbildung und Verringerung der Klebkraft.

Zum wenigstens teilweisen Härten des Epoxidharzsystems kann man dieses einfach eine Zeit lang stehen lassen. Die Selbsthärtung ist jedoch verhältnismäßig langsam, so daß für ein Schichtbauteil von beispielsweise 400 g Gewicht eine Aushärtezeit von einer Woche bei Raumtemperatur erforderlich sein kann.

Es wurde nun gefunden, daß gewisse losungsmittelhaltige Harzsysteme der vorstehend genannten Art verhältnismäßig hohen Temperaturen ausgesetzt werden können, ohne daß eine Blasenbildung beim Verdampfen des Lösungsmittels auftritt. Erfindungsgemäß sollte das Lösungsmittel einen verhältnismäßig niedrigen Dampfdruck haben.

Als besonders vorteilhaft haben sich organische Lösungsmittel herausgestellt, wie Styrol, Benzol, Toluol, Xylol, Monoalkylather

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oder Acylsalze davon. Der Härter des Epoxidharzsystems ist vorzugsweise ein substituiertes Guaniden, insbesondere Dicyanodiamid. Es kann jedoch auch ein substituiertes oder nicht substituiertes Dihydrazid verwendet sein. Die Teilchengröße des Härters liegt vorzugsweise zwischen 10 und 10 m. Die vorstehend genannten Härter haben alle eine oder mehrere Aminogruppen und bilden Bindungen mit den Epoxygruppen des Epoxidharzes. Manche Härter haben mehrere Aminogruppen, von denen dann jede mit einer Epoxygruppe reagieren kann. Es ist jedoch unwahrscheinlich, daß alle Aminogruppen mit Epoxygruppen reagieren wegen des sterischen Effektes. Grundsätzlich muß der Härter eine Gruppe haben, die mit dem Epoxidharz reagieren kann, und wenn Substituenten in dem Härter vorhanden sind, sollten diese vorzugsweise elektroneninduktive Gruppen bilden, welche die Elektronendichte in den mit dem Epoxidharz reagierenden Gruppen verringern können. In Dicyanodiamid sind die Cyangruppen stark elektrophil und verursachen eine Aktivierung der Aminogruppen. Bei n-Butyroguaniden als Härter ist die Butyrogruppe schwach elektrophil und hat eine ähnliche Wirkung wie die Cyanogruppen von Dicyanodiamid.

Bei einer bevorzugten Durchführungsform des Verfahrens nach der Erfindung werden die geschichteten Teile während des Imprägnierens und Härtens gestützt. Das Imprägnieren kann dabei durch Aufsprühen des in einem Lösungsmittel oder einer Suspensionsflüssigkeit enthaltenen Epoxidharzes auf die geschichteten Teile erfolgen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die unterstützten Teile über ein mit der Klebstofflösung oder -suspension imprägniertes Kissen zu rollen oder ein übliches Flüssigkeitsübertragungsverfahren anzuwenden. Dadurch kommt die Lösung oder Suspension des Epoxidharzes an alle Trennflächen der geschichteten Teile.

Die Erfindung ist im folgenden an zwei Ausführungsbeispxelen ergänzend beschrieben.

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Beispiel

Für die Herstellung eines Rotors für einen Elektromotor werden eine Anzahl Bleche verwendet, die einen zentralen Kernbereich und eine radial von diesem vorstehender, über den äußeren Umfang verteilter Arme aufweisen. Jeder Arm ist im wesentlichen T-förmig gestaltet. Der zentrale Kernbereich weist eine zentrale Bohrung auf. Die Anzahl der miteinanderzu verbindenden Bleche hängt ab von der Größe des fertigen Rotors. Die gewünschte Anzahl von Blechen wird von einem Blechvorrat mittels einer geeigneten Vorrichtung abgenommen und auf einen Block gelegt, der wenigstens drei Führungszapfen aufweist, die den Blechstapel in der richtigen Lage halten. Der äußere Umfang des zentralen Kernes jedes Bleches liegt verhältnismäßig eng an den Führungszapfen an, und jeder Führungszapfen liegt zwischen zwei benachbarten radialen Armen der Bleche. Die auf diese Weise in Fluchtung gebrachten Bleche des Blechpaketes werden sodann beispielsweise mittels einer hydraulischen Presse zusammengedrückt, so daß benachbarte Bleche aneinanderliegen. Durch die zentrale Bohrung wird ein Dorn gesteckt, der als Stütze mit Festsitz dient.

Das derart ausgerichtete und unterstützte Blechpaket wird sodann an eine Benetzungsstation gebracht, die ein mit der Klebstoff lösung oder -suspension getränktes Kissen aufweist. Als Härter für das darin enthaltene Epoxidharz ist Triäthylentetramin verwendet. Das Verhältnis der Bestandteile beträgt 10 Gewichtsteile Harz zu einem Gewichtsteil Härter. Das Klebemittel ist in Cyclohexamon gelöst. Der Triäthylentetraminhärter wird in flüssiger Form verwendet.

In dem Klebemittel selbst scheint das Epoxidharz in Lösung in dem Härter zu sein. Eine derartige Lösung hat jedoch eine hohe Viskosität und Oberflächenspannung. Durch Zusatz von Cyclohexanon

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hierzu lösen sich sowohl das Epoxidharz als auch der Härter in demselben. Das Verhältnis von Harz und Härter zu Lösungsmittel ist 40 : 60 Volumenprozent. Durch Auflösen des Epoxidharzes und des Härters in dem Lösungsmittel, welches praktisch als Verdünnung wirkt, werden zwei Vorteile erzielt. Die Lösung ist erstens leichter zu handhaben als das hochviskose Epoxidharz. Außerdem kann durch Verwendung einer Lösung das Epoxidharz durch Kapillarwirkung zwischen die Bleche des Blechpaketes eindringen, welche eng aneinanderliegen. Da jedoch praktisch nicht immer gesichert werden kann, daß die Bleche vollkommen flach sind, erfolgt die Anlage benachbarter Bleche nur an isolierten Stellen. Wegen der geringen Oberflächenspannung und Viskosität der Lösung werden das Harz und der Härter durch das Lösungsmittel vom äußeren Umfang des Blechpaketes bis in den Bereich der zentralen öffnung transportiert. Die Menge des auf den äußeren Umfang des Blechpaketes aufgebrachten Klebemittels soll so bemessen sein, daß das Epoxidharz in einer ausreichenden Menge gerade bis an den Führungsdorn transportiert wird. Dadurch ergibt sich eine maximale Klebewirkung, und die Zwischenräume zwischen den Blechen werden mit Epoxidharz gefüllt, ohne daß der Dorn mit dem Blechpaket verklebt wird.

Es wurde bereits gesagt, daß das Epoxidharz und der Härter in einem beliebigen Lösungsmittel oder in Mischungen derselben gelöst werden kann, welche mit den erstgenannten Stoffen verträglich sind. Andererseits sind aliphatische Alkohole und gerade oder verzweigte aliphatische Kohlenwasserstoffe mit den meisten Epoxidharzen nicht verträglich und sind daher nur begrenzt verwendbar.

Ein derart verklebtes typisches Rotor-Blechpaket wiegt etwa 400 g, ist jedoch noch nicht verwendungsbereit, da das Epoxidharz erst gehärtet werden muß. Dies geschieht dadurch, daß man das Ganze bei Zimmertemperatur eine Woche lang stehen läßt. Der Führungsdorn wird dann entfernt.

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Beispiel 2

Es wird ein ähnliches Verfahren angewendet, jedoch wird als Härter Dicyanodiamid verwendet und als Lösungsmittel eine Mischung von Xylol und 2-^thoxyäthanol im Volumenverhältnis von 1:1. Das Dicynodiamid wird in Form von äußerst fein gemahlenen Feststoffteilchen mit einem Teilchendurchmesser von 10 bis 10 m verwendet. In dem Klebesystem scheint das Dicyanodiamid in Suspension in dem Epoxidharz vorzuliegen. Wenn das Lösungsmittel zugesetzt wird, lösen sich jedoch das Epoxidharz als auch der Härter in diesem auf. Das Verhältnis von Epoxidharz und Härter zu dem Lösungsmittel beträgt 40 : 60 Volumenprozent. Die Vorteile sind die gleichen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.

Das Härten des Epoxidharzes geschieht jedoch auf unterschiedliche Weise. Das imprägnierte Blechpaket, das noch durch den Führungsdorn gehalten wird, wird zum Härten in einen Ofen geschoben. Das Härten durch Erwärmung verfolgt zwei Zwecke. Erstens wird das Lösungsmittel ausgetrieben, und zweitens verursacht der Dicyanodiamidhärter eine Vernetzung des Epoxidharzes. Damit eine schnelle Vernetzung stattfindet, wird eine Härtetemperatur oberhalb 210⁰C und vorzugsweise von 280 - 290⁰C verwendet. Die Vernetzung wird mit höherer Temperatur verbessert. Die Verweildauer des imprägnierten Blechpaketes in dem Wärmebehandlungsofen hängt von der Härtungstemperatur, der Anzahl der Bleche und von dem Material derselben ab. Für einen Rotor mit einem Gewicht von 400 g und einer Härtungstemperatur von 280 - 290⁰C beträgt die Behandlungszeit 12 Minuten. Sobald der Klebstoff genügend gehärtet ist, wird der Führungsdorn aus dem Blechpaket herausgezogen.

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Es können verschiedene Änderungen vorgenommen werden innerhalb des Grundgedankens der Erfindung. Anstatt eines einzigen Epoxidharzes können z.B. Mischungen von linearen, polymeren Epoxidharzen verwendet werden. Es können auch Mischungen von einem oder mehreren Epoxidharzen mit einem oder mehreren Phenol-, Urethan- oder Nitrilharzen verwendet werden. In jedem Falle müssen jedoch ein Härter für wenigstens ein Epoxidharz und ein geeignetes Lösungsmittel für den Härter und das Epoxidharz oder die dieses enthaltende Mischung vorhanden sein.

Diese modifizierten Klebstoffsysteme haben gewisse Vorteile. Während es normalerweise wünschenswert ist, das imprägnierte Blechpaket in einem Ofen zu härten, ist dies jedoch nicht unbedingt wesentlich. Falls die Zeit es erlaubt, kann das Blechpaket bei einer niedrigeren Temperatur gehärtet werden, wobei die Härtung jedoch bei oder oberhalb einer Temperatur erfolgen sollte, bei der der Härter eine Vernetzung des Epoxidharzes hervorruft. So härten z.B. Härter aus Guanidinderivaten nicht bei Raumtemperatur aus. Andere Härter sind jedoch für Raumtemperatur geeignet, falls für die Härtung genügend Zeit zur Verfügung steht. Die Selbstaushärtung ist von besonderer Bedeutung, wenn das geschichtete Teil verhältnismäßig groß ist und kein geeigneter Härtungsofen zur Verfügung steht.

Die Einrichtung, um die Bleche oder dergleichen miteinander in Fluchtung zu bringen, kann in jeder beliebigen Lage ausgerichtet sein. Die Bleche können auch auf andere Weise als durch Rollbewegung über ein Imprägnierkissen imprägniert werden. Das Imprägnieren kann z.B. durch Besprühen erfolgen, was besonders günstig ist, wenn eine Vielzahl von Blechen z.B. zu einem Stator verbunden werden sollen. Die äußere Gestalt eines Stators ist häufig rechteckig. Daher ist das Abrollen dieses Teiles

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über ein Imprägnierkissen schwierig. Das zusammengesetzte Statorblechpaket wird nach Ausfluchtung und nach dem Abstützen durch eine Sprühstation gelenkt, die eine oder mehrere Sprühdüsen aufweist, die das Klebstoffgluxd auf die Außenfläche des Blechpaketes aufsprühen. Die Sprühtechnik kann natürlich auch für die Herstellung von Rotoren verwendet werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Verkleben von geschichteten Teilen, insbesondere Blechpaketen von Elektromotoren, mittels eines Epoxidharzklebers, wobei die geschichteten Teile in die gewünschte Lage gebracht werden, sodann mit dem Harz durch Kapillarwirkung getränkt werden und das Ganze sodann wenigstens teilgehärtet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Epoxidharzkleber vor dem Tränken mit einem ein Lösungsmittel oder eine Suspensionsflüssigkeit bildenden Träger vermischt wird, der die Viskosität auf eine für die Kapillarwirkung erforderliche Höhe verringert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Epoxidharzkleber ein Epoxidharz und einen Härter mit polaren Eigenschaften aufweist und daß ein Lösungsmittel oder eine Mischung von Lösungsmitteln verwendet wird mit polaren sowie nicht-polaren Eigenschaften und mit einer das Eindringen in die Zwischenräume zwischen den geschichteten Teilen begünstigenden Oberflächenspannung.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die geschichteten Teile nach dem Tränken durch Wärme gehärtet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Härten durch Widerstandsheizung erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das Härten durch Induktionserhitzung erfolgt.

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6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß als Lösungsmittel Cyclohexanon verwendet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lösungsmittel mit einem verhältnismäßig niedrigen Dampfdruck verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Lösungsmittel ein organisches Lösungsmittel aus der Gruppe Styrol, Benzol, Toluol, Xylol oder Monoalkyläther oder acylsubstituierten Monoalkyläthern oder Mischungen davon verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch g e k e η η zeichnet, daß ein Härter mit einer elektrophilen Gruppe verwendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 6 und 9, dadurch g e k e η η zeichnet, daß als Härter Triäthylentetramin verwendet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5 oder 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Härter ein substituiertes oder nicht substituiertes Guaniden verwendet wird.

12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5 oder 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Härter ein substituiertes oder nicht substituiertes Dihydrazid verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet , daß als Härter ein substituiertes Guaniden oder Dihydrazid verwendet wird, bei dem wenigstens

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ein Substituent eine elektroneninduktive Gruppe bildet.

14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich net, daß als Härter n-Butyroguaniden verwendet wird.

15. Verfahren nach Anspruch 11, 12, 13 oder 14, dadurch

gekennzeichnet, daß ein Härter in Teilchenform mit eim
wendet wird.

form mit einer Teilchengröße zwischen 10 und 10 ver-

16. Verfahren nach Anspruch 3 bis 5, 7 bis 9 oder 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die geschichteten Teile während der Imprägnierung und der Härtung unterstützt und die Unterstützung danach fortgenommen wird.

17. Verfahren nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der in Lösung oder Suspension befindliche Kleber auf die zu verklebenden Teile aufgesprüht wird.

18. Verfahren nach Anspruch 1 bis 16, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Imprägnierung der zu verbindenden Teile durch Rollen derselben über ein mit der Lösung oder Suspension des Klebers imprägniertes Kissen erfolgt.

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