DE2733987A1

DE2733987A1 - Schichtung aus statorkern-stanzteilen

Info

Publication number: DE2733987A1
Application number: DE19772733987
Authority: DE
Inventors: Alexander Larue Lynn; Kevork Ara Torossian
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1976-08-11
Filing date: 1977-07-28
Publication date: 1978-02-16
Also published as: CA1084573A; ES460709A1; ES470339A1; FR2361767A1; JPS5330706A; GB1574986A

Description

Beim Erzeugen elektrischer Leistung werden große turbinengetriebene Generatoren benutzt. Die zwei Hauptteile eines Generators sind in der elektrischen Bezeichnungsweise als das Feld bzw. Feldteil und der Anker bekannt. Ein Feldteil besteht aus einer Quelle für magnetische Flußlinien und ist aus einer gewikkelten Spule hergestellt, die zu einem Elektromagneten wird. Da sich der Teil dreht, wird er 'Rotor* genannt. Der Anker ist ein Leiteraufbau, in dem eine Spannung induziert wird. Er wird der 'Stator' genannt, da er der stationäre Teil der Anlage ist. Eine detaillierte Beschreibung solcher Maschinen ergibt sich aus einer Veröffentlichung von Y.S. Hargett, General Electric Cp., Schenectady, N.Y., August 1967, mit dem Titel 'Large Steam Turbine-Driven Generators'.

Der Stator enthält den Statorkern, den Statorrahmen und die Statorwicklungen. Die Funktion des Statorkerns besteht darin, für die magnetischen Flußlinien von dem Feld einen Pfad niedriger Reluktanz bzw. niedrigen magnetischen Widerstandes zu bilden und gleichzeitig die Spulen der Statorwicklung abzustützen. Der Statorrahmen stützt den Statorkern in dem Generator. Die Ankerwicklung ist aus isolierten Stäben oder Halbspulen gebildet, die in

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Statorkernnuten zusammengesetzt und an den Enden zum Bilden von Spulen verbunden sowie durch Verbindungsringe am Ende der Wicklungen in dem passenden Zonenbreiten(phase belts) angeschlossen sind.

Der Statorkern ist in Form eines aus einem Stahl hoher Permeabilität bestehenden Zylinders hergestellt, der vollständig den Umfang des Feldes bzw. Feldteils umgibt. Der Statorkern besteht aus einem geschichteten bzw. Laminataufbau, der durch Stapeln des Kerns mit einer Reihe von überlappenden Segmenten oder Stanzgliedern aus Stahl erreicht werden kann, wobei jedes Segment oder Stanzglied an beiden Seiten mit einer Lackschicht (layer of enamel) isoliert ist. Bei einem Aufbau sind diese Segmente auf Keil- bzw. Kombinationsstäben am Außendurchmesser aufgestapelt bzw. geschichtet, die die Ausrichtung der äußeren Ränder aufrechterhalten. Der gesamte Kern für einen großen Generator kann mehrere hunderttausend einzelne Segmente oder Stanzglieder enthalten.

Der Kern wurde in der Vergangenheit von Arbeitspersonen montiert, die die Platten bzw. Schichtungen von Hand auflegten. Alternativ könnendie Schichtungen mit einer im US-Patent 2 889 o58 offenbarten Vorrichtung mechanisch gestapelt werden. Bisher wurden die Platten bzw. Lamellen mit einem Lack beschichtet, und zwar für eine elektrische Isolation gegenüber angrenzenden Platten. Es ist wesentlich, daß die einzelnen Platten in dem Statorkern getrennt und gegenseitig isoliert bleiben, um kreisende bzw. Wirbelströme zwischen den Platten bzw. Schichtungen zu vermeiden. Die Statorplatten bzw. -lamellen werden in Intervallen während des Stapelvorgangs gepreßt, um sie zu ebnen und einen kompakten Aufbau zu erreichen. Nach einer vollständigen Stapelung wurde der gesamte Kern bisher zwischen den Enden unter Druck eingespannt und durch Muttern über die volle Länge der Keilstangen gehalten. Der auf die Enden aufgebrachte Klemmdruck erzeugt eine Reibung zwischen den einzelnen Lamellen bzw. Platten, wodurch sich der gesamte Kern sehr ähnlich wie ein massier Zylinder verhält. Obwohl der Statorkern sehr steif ist, findet infolge der magnetischen Kraft des Feldes eine Ablenkung statt. Dieses führt zu Vibrationen bzw. Schwingungen, die in der Maschine unterdrückt werden müssen.

Um eine Vibration zu vermeiden, wird zusätzlicher Klebstoff auf gewisse Bereiche des Statorkerns aufgebracht, das heißt

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auf etwa 5 % des Kerns an den Endeisen, um den Aufbau fest bzw. starr zu machen. Es ist nicht praktisch oder wirtschaftlich, auf alle Platten bzw. Lamellen zwei Beschichtungen aufzubringen, das heißt eine Isolationsbeschichtung und eine Klebstoffbeschichtung, da dieser Vorgang es erforderlich macht, daß jede der bis zu mehreren hunderttausend Platten bzw. Lamellen pro Maschine zweimal durch die Beschichtungsvorrichtung geleitet wird. Jedoch haben sich frühere Lösungen zum Eliminieren des zweischrittigen Verfahrens einer Anwendung von ausgehärtetem Isolationslack plus einer Klebstoffbindung zugunsten einer einzigen Beschichtung, die sowohl als Klebstoff wie auch als Isolation fungiert, nicht als vollständig zufriedenstellend erwiesen, und zwar wegen Oberflächenunregelmäßigkeiten der Stanzglieder.

In völlig überraschender Weise wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung festgestellt, daß man im wesentlichen den gesamten Kern mittels einer chemischen Bindung schichten und eine einzige, auf die Stanzglieder aufgebrachte Klebstoff-Isolation-Beschichtung benutzen kann. Durch die neuen Maßnahmen ergeben sich verschiedene Vorteile, wie die Ausbildung eines zusammenhängend gebundenen bzw. geklebten Statorkerns mittels einer einzigen Klebstof f -Isolation-Beschichtung, ferner eine Verbesserung der Wärmeübertragung zwischen den Platten bzw. Lamellen und ein Aushärten sowie Binden bzw. Kleben des Statorkerns durch einen einzigen Schritt. Es wird nunmehr möglich, den Statorrahmen auszubilden, und die vorgebundenen bzw. vorgeklebten Modulenjkönnen außerhalb des Statorrahmens zusammengesetzt und vor dem Anordnen bzw. Einbringen in den Generator überprüft werden.

Erfindungsgemäß wurde ein Verfahren zum Schichten eines Statorkerns entwickelt, wobei eine Serie von Segmenten oder Stanzgliedern aus Stahl gestapelt wird, die jeweils an beiden Seiten mit einer einzigen Schicht aus Klebstoff-Isolation^Lack beschichtet sind. Dieser Lack besteht aus einem Epoxyharz und einer ausreichenden Menge eines Glasfaser-Abstandshalter-Füllmittels, um weitgehend eine gleichförmige Trennung und Isolation zwischen den einzelnen Segmenten zu bilden. Der geschichtete Kern hat eine zusammenhängende Bindung mittels einer klebenden chemiechen Bindung. Eine Ausführungsform der Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum

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Ausbilden eines gebundenen bzw. geklebten Statorkerns durch die Schritte einer Herstellung von Stahlsegmenten mit einer darauf befindlichen anorganischen Beschichtung, wobei eine isolierende Klebstoffschicht auf beide Seiten der Segmente aufgebracht wird. Die Beschichtung besteht aus einem Gemisch aus Epoxyharz, einem für das Harz dienenden Aushärtungsmittel, das für eine Latenz bzw. Wartezeit bei Raumtemperatur sorgt und mit einer Aushärtung bei erhöhten Temperaturen gekoppelt ist, ferner einem Glasfaser-Abstandshalter-Füllmittel mit einem Durchmesser von etwa o,o114 mm bis o,o139 mm (o,45 - o,55 mil) in einer ausreichenden Menge, um für eine gleichförmige Trennung und Isolation zwischen den Segmenten zu sorgen, außerdem anorganischen Füllmitteln zum Bilden einer Arbeits- bzw. Betriebsviskosität sowie zum Aufrechterhalten einer homogenen Verteilung der Glasfasern in dem Harz und aus einem geeigneten Lösungsmittel zum Auftragen der Beschichtung. Danach wird das Lösungsmittel von den beschichteten Segmenten entfernt, und die getrockneten sowie kleöfrei (tack-free) beschichteten Segmente werden zu einer Konfiguration eines Elements gestapelt, um einen beträchtlichen Teil des Statorkerns oder den gesamten Statorkern zu bilden. Das Element wird unter Temperatur- und Druckbedingungen zusammengepreßt und ausgehärtet, um eine zusammenhängende Bindung zwischen den Segmenten auszubilden. Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf einen für einen Generator dienenden zusammenhängend gebundenen Statorkern mit einer Reihe von StahlSegmenten, die jeweils eine Bindung mit einem angrenzenden Segment haben und aber gegenüber diesem isoliert sind, wobei eine Zwischenschicht zwischen den Segmenten für eine Bindung sowie Isolation der Segmente dient und wobei die Zwischenschicht ein thermisch gehärtetes Epoxyharz sowie ein Glasfaser-Füllmittel mit einem einheitlichen Durchmesser von etwa o,o114 mm bis o,o139 mm (o,45 - o,55 mil) ist, um zwischen den Segmenten für eine gleichförmige Trennung und Isolation zu sorgen.

Die Erfindung wird nachfolgend durch Beschreibung von Realisierungsverfahren und Ausführungsformen unter Hinweis auf die Zeichnungen beispielhaft beschrieben. Es zeigen:

Figur 1 - in einer schematischen Weise einen Generator vom dynamoelektrischen Typ mit einem Rahmen sowie einem Anker mit

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darauf befindlichen Wicklungen und einem Rotor, Figur 2 - eine Gruppe von gebundenen Platten bzw. Schichten oder Lamellen in einem vormontierten Feld,

Figur 3 - in einer vertikalen Seitenteilansicht die Gruppe von gebundenen Schichten aus Figur 2 und

Figur 4 - in stark vergrößerter Weise den Oberflächenbereich ¹A¹ aus Figur 2 und die zufällige Ausrichtung von Abstandshalterfasern in Übereinstimmung mit der Erfindung.

Die Platten oder Segmente haben eine Dicke von etwa o,25 mm bis o,76 mm (o,o1o - o_ro3o Zoll) und sind aus einem magnetischen Stahlband geeigneter Güte ausgestanzt sowie anschließend in passender Weise wärmebehandelt und mit einer dünnen anorganischen Beschichtung versehen, beispielsweise mit einer Beschichtung aus Magnesiumphosphat mit einer Dicke von o,oo25 - o,oo64 mm (o,1o - o,25 mil), um die Schichten bzw. Lamellen vor der Verwendung getrennt zu halten. Diese Beschichtung wird von dem Stahlhersteller als C-1o bezeichnet. Die Segmente ähneln einer Reihe von flachen bzw. ebenen Karten, die tortenförmige (pie-shaped) sind, so daß sie auf Keilstäben an dem Außendurchmesser gestapelt werden können. Im Bereich des innenseitigen Durchmessers befinden sich Nuten in die später die Statorwicklung eingesetzt wird, wie es in Figur 3 des bereits genannten US-Patents 2 889 o58 dargestellt ist. Während die Oberflächen eines Segments normalerweise als eben bzw. glatt und regelmäßig erscheinen, sind sie im Falle einer Vergrößerung tatsächlich ziemlich unregelmäßig, und es scheinen sich Erhebungen und Vertiefungen oder Täler zu ergeben. Versuche zum Ausbilden von. Schichtungsgefügen unter Verwendung einer einzigen Beschichtung aus einer gewöhnlichen Bindungszusammensetzung zwischen den Segmenten mit einer kritischen Dicke von etwa o,o127 mm (o,5 mil) sind nicht möglich bzw. schlagen fehl, und zwar wegen der vergrößerten Wahrscheinlichkeit, daß die Platten bzw. Bleche infolge der Oberflächenunregelmäßigkeiten gegenseitig kurzgeschlossen werden.

Wie es bereits oben erwähnt wurde, kann der Statorkern eines großen dynamoelektrischen Generators mehrere hunderttausend Segmente enthalten. Die Beschichtung an der Oberseite und an der

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Unterseite eines jeden Segments einer derartig gewaltigen Maschine wurde kritisch als etwa o,o114 - o,o139 mm (o,45 - o,55 mil) dick bestimmt. Die Generatoranlage ist für eine hohe Zuverlässigkeit und eine lange Lebensdauer ausgelegt und aufgebaut. Somit müssen Faktoren, wie die Zwischenschicht zwischen den Schichtungen, extrem genau sein. Da die anorganische Beschichtung an jeder Seite eines Segments etwa o,o25 mm (o,1o mil) dick ist, ist der übrige Teil oder Dickenbereich von etwa o,oo89 - o,o139 mm (o,35 - o,45 mil) die Dicke des isolierenden Klebstoffs.

Der isolierende Klebstoff hat etwa folgende Zusammensetzung:

Bestandteil breiter Bereich bevorzugter Wert

(Gewichtsprozent) (Gewichtsprozent)

Epoxyharz 3o-35% 3o,4-31% Härtungsmittel bis zu 4% 1,6 - 2,3% Beschleuniger bis zu 1 % etwa o,8 % Glasfaser-Abstandshalter 1o - 25 % 1o,3-2o% anorganisches

Füllmittel 1o - 25 % 16,1 - 21,8 % organisches

Lösungsmittel 25-4o% 3o,5-35,2%

Irgendeines der herkömmlichen Epoxyharze mit 1,2-Epoxygruppen ist in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung anwendbar. Diese Harze sind handelsüblich und haben die allgemeine Formel:

0 0

I. CH₂-CH-Y-CH-CH₂

Hierbei ist Y der Rest des Reaktionsprodukts eines polyfunktionellen Halohydrins, wie Epichlorhydrin, und eines mehrwertigen bzw. mehrere Hydroxylgruppen enthaltenden (polyhydric) Phenols. Diese Harze sind bekannt und handelsüblich. Typische bei der Zubereitung des Harzes verwendbare Phenole sind Resorcin und

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- ZtA-

verschiedene Bisphenole, die sich bei der Kondensation von Phenol mit Aldehyden und Ketonen ergeben, wie Formaldehyd, Azetaldehyd und Azeton. Repräsentativ für die Bisphenole ist 2,2'- Bis-(phydroxyphenyl)-propan (bekannt als Bisphenol A); 4,4'-Dihydroxydiphenylsulfon; 4,4'-Dihydroxybiphenyl; 4,4'-Dihydroxydiphenylmethan; 2,2'-Dihydroxydiphenyloxid, usw.

Das für die meisten Anwendungen bei der praktischen Durchführung der vorliegenden Erfindung verwendbare Epoxyharz entspricht der allgemeinen Formel:

II. CH₂-CH-CH₂

R-

OCH,

CH-CH₂ OH

OCH₂—CH-CH₂

Hierbei ist R ein zweiwertiger Rest, der aus der Gruppe bestehend aus/AlKylen-Resten mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen, Sauerstoff und der Sulfongruppe ausgewählt ist; y ist 0 oder eine ganze Zahl mit einem Wert bis zu 25, und η ist 0 oder 1. Im einzelnen kann R Methylen, Äthylen, Propylen, Isopropylen, Isopropyliden, Butylen, Isobutylen, usw. sein.

Das üblichste Epoxyharz dieser Art ist das Reaktionsprodukt von Epichlorhydrin und Bisphenol A, was der folgenden Strukturformel entspricht:

III.

CHo— CH-

CH,

CH-

CH

OCH₂- CH-CH₂-OH

CH

OCH,

-CH-CH,

Hierin hat y die oben angegebene Bedeutung.

Die gegenwärtigen Epoxyharze können auch Epoxy Novolak Harze sein, die als CIBA ECN Harze handelsüblich erhältlich sind. Diese werden von einem ortho-Kresol-Formaldehyd-Novolak abgelei-

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tet, das dann mit Epichlorhydrin reagiert, um ein Polyepoxid zu bilden. Repräsentative Epoxy-Novolak-Harze entsprechen der Formel;

0-CH₂—CH-CH₂

CH,

O-CH,

CH-CH,

CH,

/ \ 0-CH₂- CH-CH₂

Hierin hat y den oben angegebenen Wert.

Es ist auch ein Epoxyharz geeignet, das aus Tetraphenyloläthan und Epochlorhydrin gebildet wird. Eine Zwischenstufe, von der dieses Harz zubereitet wird, ist durch die folgende Formel dargestellt:

CH-CH,

Das gegenwärtige Epoxyharz kann flüssig oder fest sein. Es hat allgemein ein Epoxyäquivalent in dem Bereich von 1oo bis 4ooo und vorzugsweise von 15o bis 5oo. Das Epoxyäquivalentgewicht ist das in Gramm bestimmte Gewicht des Harzes, das ein Grammäquivalent Epoxy enthält.

Aushärtungsmictel bzw. -katalysatoren für herkömmliche Epoxyharze sind von S.Oleesky und G.Mohr im 'Handbook of Reinforced Plastics', Reinhold, New York, auf den Seiten 74-75 beschrieben. Die meisten der beschriebenen Aushärtungskatalysatoren sind für die vorliegende Erfindung unerwünscht bzw. unzweckmäßig, da sie das Aushärten bei Raumtemperatur zu stark beschleunigen und

eine kurze Topfzeit haben. Das Kriterium für

einen wünschenswerten Aushärtungskatalysator für das Schichten der großen Anzahl von Segmenten besteht darin, daß das Mittel für das Aushärten eine erhöhte Temperatur erforderlich macht und eine lange Topfzeit hat. Ein verwendbares System ist im US-Patent 3 776 978 offenbart, das eine Mischung aus einem Phenol und

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einem organischen Titanat beschreibt. Wahrscheinlich sind auch die als latente Aushärtungskatalysatoren bezeichneten Mittel verwendbar, wie Bor Trifluorid-Monoäthylamin Komplex, Triethanolaminborat, die lange Verharrungszeiten haben und durch Wärme für das Aushärten aktiviert werden; und Säureanhydride, wie Phthalsäureanhydrid, und Mischungen aus pyromellitischem Dianhydrid und Maleinsäureanhydrid, die ein Aushärten bei erhöhter Temperatur erforderlich machen.

Ein bevorzugtes Aushärtungsmittel für die vorliegend angewendeten Epoxyharze ist Dizyandiamid mit der Strukturformel:

NH

Il

H₂NCNHCsN

Das Aushärten kann durch alle vier Stickstoff enthaltende funktioneilen Gruppen erfolgen. Ein Vorteil von Dizyandiamid besteht darin, daß dann, wenn es mitjfestem Diglycidyläther von Bisphenol A für Schichtungsanwendungen benutzt wird, es für eine Warte- bzw. Verharrungszeit (latency) bei Raumtemperatur sorgt, und zwar gekoppelt mit schnellen Aushärtungen bei 145 - 165° C. Für feste Harze wird es normalerweise in einem Lösungsmittel benutzt, wie Azeton-Wasser, Dimethylformamid oder einem Glykoläther. Wenn es durch und durch zermahlen oder in dem Epoxysystem gelöst ist, bildet es ein für zumindest 6 Monate stabiles Einbehältersystem (one-container system). Während die Menge des Aushärtungsmittels in gewissem Ausmaß variieren kann, wurde im Rahmen der vorliegenden Erfindung festgestellt, daß eine wirksame Menge allgemein in dem Bereich von etwa 2,5 - 7,5 Gewichtsteilen pro 1oo Teilen Epoxyharz liegt. Die bevorzugte Konzentration des Aushärtungsmittels für einen Diglycidiläther von Bisphenol A beträgt etwa 4,7 Gewichtsteile.

Wahlweise enthält die Klebschichtzusammensetzung, die das bevorzugte Dizyandiamid Aushärtungsmittel enthält, einen Imidazol Beschleuniger, insbesondere ein substituiertes Imidazol. Diese Verbindungen können durch folgende allgemeine Formel wiedergegeben werden:

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OPHOtNAL INSPECTED

R C

N C-R

N
,1

12 3
Hierin sind R , R und R aus der Gruppe bestehend aus Wasserstoff,

niederem Alkyl, Phenyl und niederem Alkylphenyl unabhängig ausgewählt. Besonders zweckmäßige Beschleuniger in dieser Klasse sind die folgenden Verbindungen: Imidazol; 2-Äthyl-4-methylimidazol; 1-Benzyl-2-methylimidazol; 1-Methylimidazol; 1,2-Methylimidazol.

In sehr kleinen Mengen dient der Beschleuniger zum Herabsetzen der Aushärtungszeit ohne bedeutende Beeinträchtigung der Lagerfähigkeit bzw. -beständigkeit. Somit sollte genügend Beschleuniger zum weitgehenden Vermindern der Aushärtungszeit und keine übermäßige Menge zugesetzt werden, die zu einer Gelbildung (gelation) führt oder eine schlechte Lagerfähigkeit begründet. Eine wirkungsvolle Menge an Imidazolbeschleuniger beträgt etwa o,1 - o,5 Gewichtsteile pro 1oo Teile Epoxyharz, wobei die bevorzugte Menge etwa o,24 Gewichtsteile ausmacht.

Ein kritischer Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von Faserabstandshaltern, die eine gleichförmige, einwandfreie Trennung zwischen den Segmenten unter Wärme- und Druckbedingungen hervorrufen, die während des Aushärtens erforderlich sind. Die zylindrische Form der Fasern ist höchst bedeutsam, da die Fasern nach dem Trocknen des Harzes ortsstabil verbleiben müssen. Im Gegensatz hierzu neigen kugelige Körper zu einer ortsmäßigen Verschiebung während der Anwendung von Wärme und Druck. Es kann irgendeine und beispielsweise handelsübliche Feinheitsnummer von Glasfasern benutzt werden, wozu Ε-Glas (Silikatglas) und S-Glas (Magnesium-Aluminiumsilikat-r Glas) gehören. Diese Gläser können entsprechend hergestellt werden, um Fasern mit sehr gleichförmigem Durchmesser zu bilden, die gleichförmige Abstandsglieder bilden. Die Faserabmessungen sind zusätzlich zu der Gleichförmigkeit sehr bedeutungsvoll; der Durchmesser sollte etwa 12 - 14 ii (o,5o - o,o5 mil) betragen, während die Länge etwa 4oo -

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800 u (1/64 - 1/32 Zoll) ausmachen sollte. Faserglasgarn in den vorbeschriebenen Durchmesserbereichen ist von Oleesky und Mohr in der zuvor erwähnten Literaturstelle auf Seite 124 wie folgt beschrieben:

Produkt Minimum Maximum

J 11,4yu 12,7/i

(o,ooo45 Zoll) (o,ooo5o Zoll) K 12,7 fi 13,9 fi

(o,ooo5o Zoll) (o,ooo55 Zoll)

Die zum Bilden einer gleichförmigen Trennung und Isolation der Segmente erforderliche Menge an Glasfaserabstandshaltern beträgt etwa 1o bis 25 Gewichtsprozent der gesamten Klebstoffzusammensetzung. Wenn die Fasermenge 25 Gewichtsprozent übersteigt, ergibt sich keine Verbesserung der Trennwirkung, und es erfolgt stattdessen ein Verklumpen (dumping) der Fasern in Verbindung mit einer Abschrägung. Wenn zu wenige Fasern vorhanden sind, weniger als etwa 1o Gewichtsprozent, ist die dielektrische Festigkeit mit einem früheren Ausfallen und dem Auftreten von Kurzschlüssen belastet.

Die Fasern müssen in der Klebschichtlösung und auch auf den Oberflächen der Segmente gleichförmig verteilt sein. Tatsächlich sollte die Absetzung über die Schichtungsphase so gleichförmig sein, daß eine Monoschicht aus Fasern ohne Klumpenbildung erzielt wird. Nachdem die Fasern einmal aufgebracht sind, müssen sie relativ ortsstabil sein, ohne daß sie sich auf den Oberflächen der Schichten bzw. Fläche verschieben.

Andere anorganische Füllmittel spielen eine wichtige Rolle bei der vorliegenden Beschichtungszusammensetzung. Diese Füllmittel werden zugesetzt, um die gesamte Zusammensetzung zu stabilisieren, die Viskosität zu steuern und die Fasern in Suspension zu halten. Ein Beispiel für ein solches Füllmittel ist ein höchst disperses Siliziumdioxid (silica), das unter der Handelsbezeichnung Aerosil OX 5o von der Degussa Inc. gehandelt und von Tetrachlorsilizium in einem Flammenhydrolyseverfahren mit Sauerstoff-Wasserstoff Gas erzeugt wird. Es hat einen BET Oberflächen-

+ 2
bereich von 5o-15 m /g, eine mittlere primäre Partikelgröße von

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4o Millimikron und ein Schüttgewicht (bulk density) von etwa 80 g/l. Weitere geeignete Füllmittel sind entgastes Siliziumdioxid (fumed silica), das unter dem Namen CAB-O-SIL (L5) von Cabot Co. vertrieben wird, und ein als MIN-U-SIL von der Pennsylvania Glass Sand Corp. vertriebenes Siliziumdioxid, das eine Partikelgröße von etwa 15 11 hat. Die Menge dieser anderen Füllmittel beträgt in typischer Weise bis zu etwa 1o Gewichtsprozent und liegt gewöhnlich im Bereich von 6 - 1o Gewichtsprozent der Gesamtzusammensetzung.

Die Beschichtungsformulierung ist mit einer Kombination von Lösungsmitteln und Verdünnern verbunden. Das ungehärtete Epoxyharz ist in Sauerstoff beladenen Lösungsmitteln lösbar, wie Ketonen, Estern und Atherη sowie in höchst halegonierten Kohlenwasserstoffen. Schnell verdampfende Lösungen basieren auf niedrig siedenden Ketonen, wie Azeton und Methyläthylketon. Die Verdünner werden zum Vermindern der Kosten und zum Regulieren der Viskosität angewendet. Die Bestimmung eines passenden Lösungsmittelbestandes, erfordert eine gewisse Kunstfertigkeit, und eine unpassende Wahl führt zu Schwierigkeiten. Eine geeignete Lösungsmittelmischung hält das Aushärtungsmittel an sich^ während ein durchgehender Film gebildet wird . Eine typische Mischung für einen Diglycidyläther von Bisphenol A besteht aus:

Xylol - 32 Teile; Methylisobutyl Keton - 32 Teile; Cellosolve 32 Teile; Cyclohexanol - 4 Teile.

Nach dem Aufbringen der Beschichtung auf die Segmente wird das Lösungsmittel entfernt, und zwar bei Temperaturen bis zu etwa 149° C (3oo° F) während einer kurzen Verweilzeit von bis zu etwa 60 Sekunden. Die getrocknete Beschichtung ist klebfrei (tackfree) und verbleibt über eine ausgedehnte Zeitperiode, beispielsweise über 4 Monate, bindungsreaktiv. Dann werden die beschichteten Segmente in der Konfiguration eines Elements gestapelt, um einen Teil des Statorkerns oder den gesamten Statorkern zu bilden. Das Element wird danach gepreßt und bei erhöhten Temperaturen sowie Drücken ausgehärtet. Beispielsweise liegen die Aushärtungsprogramme in einem Bereich einer Temperatur von etwa 15o - 17o C,

2
eines Drucks von 14 - 21 kp/cm (2oo - 300 psi) und einer zeitlichen Periode von etwa 1-7 Stunden. Die Aushärtungstempe-

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ratur hängt in erheblichem Ausmaß von dem Aushärtungsmittel ab, das zum Vernetzen des Epoxyharzes benutzt wird. Das optimale Aushärtungsprograrom für einen bestimmten Katalysator kann von einer fachkundigen Person leicht durch Reihenuntersuchung bestimmt werden.

Die vorliegende Erfindung wird ferner durch die nachfolgenden Beispiele wiedergegeben:

Beispiel I

Es wurde eine Klebstoff-Isolations-Beschichtung von der folgenden Formulierung zubereitet:

Bestandteil Gewichtsteile

Araldite 6060 Epoxyharz 31

Dizyandictmid 1 ,6

2-Äthyl-4-methylimidazol

(1o % Lösung in Cellosolve) 0,8

Ce1losolve 3o,5

MIN-U-SIL 8,1

Aerosil OX 5o 8,0

Glasfasern (o,397 mm bzw.

1/64 Zoll lang, Durchmesser

o,o127 mm bzw. o,5o mil) 2o,o

Das Araldite—Epoxyharz ist ein Diglycidyläther von Bisphenol A. Diese Zusammensetzung wurde dispergiert, um einen homogenen Lack zum Aufbringen auf die metallischen Segmente zu bilden.

Beispiel II

Eine andere Klebstoff-Isolation-Beschichtung wurde von der folgenden Formulierung zubereitet:

Bestandteil Gewichtsteile Epoxy-Kresol-Novolak-Harz

(ECN 128o) 21,1

Epoxy-Novolak-Harz (DEN 438) 2,3

Tyzor OG/BRZ-7541(1.1) 2,3

Epoxyharz (Epon 1oo2) 7,ο

Cellosolve 17,6

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-/ti-

n-Butylcellosolve 17,6

Cab-O-Sil entgastes (fumed)

Siliziumdioxid 1o,3

Glasfasern (ο,793 mm bzw. 1/32 Zoll lang, Durchmesser o,o127 mm bzw. o,5o mil) 1o,3

Min-U-Sil Mikrosiliziumdioxid (microsilica) 11,5

Das Aushärtungsmittel Tyzor OG/BRZ-7 541 war Tetraoktylglykoltitanat/Phenolformaldehyd Novolak mit einem Gehalt an 2 bis 3 phenolischen OH-Gruppen pro Molekül. Diese Zusammensetzung wurde dispergiert, um einen homogenen Lack zum Aufbringen auf die Metallsegmente zu bilden.

Beispiel III

Siliziumstahlstanzteile, die von der Allegheny LudIum Co. hergestellt werden und mit einer o,oo25 mm (o,1o mil) Beschichtung aus Magnesiumphosphat versehen sind, werden mit dem Lack aus Beispiel I bis zu einer Dicke von etwa o,oo89 mm bis o,o114 mm (o,35 - o,45 mil) beschichtet. Die Segmente werden dann gestapelt, gepreßt und gemäß den nachfolgenden Ausführungen ausgehärtet. Es werden dann die Bindungsfestigkeiten bestimmt.

(a) Es wurde ein Vergleich mit einem Doppelbeschichtungssystem durchgeführt, bei dem die Segmente anfänglich mit einem isolierenden Phenolharz und dann mit einem Glasfasern enthaltenden Epoxyharz beschichtet wurden. Die in der nachfolgenden Tabelle dargestellten Resultate zeigen, daß mit der erfindungsgemäßen einfachen Bindungsbeschichtung eine bessere Bindungsfestigkeit erzielt wurde.

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-43-

Tabelle

Bindungsfestigkeitsverhalten als Funktion einer thermischen Alterung

Beschichtungssystem

Aushärtungsprogramm

Anfängli- Test nach Test nach

eher Test 6o-tägiger 15o-tägiger

Alterung Alterung

bi 18o° C bei 15o° C

Raum- 13o C Raum- 13o C Raum-

13o°C

temperatur temperatur temperatur

2 2 2

kp/cm (psi) kp/cm (psi) kp/cm (psi)

Zweifaches Sy	6 Std./16o C
stem Phenol +	Druck 21,o9
Epoxy	2 kp/cm
	(3oo psi)
Einfachbe-	1 Std./17o°C
schichtung-	Druck 21,o9
Bindungslack	kp/cm
aus Beispiel I	(3oo psi)

4o,78 9,49 14,06 14,06 19,69 4,22 (58o) (135) (2oo) (2oo) (28o) (6o)

5o,62 1o,19 42,18 24,61 4o,78 33,75 (72o) (145) (6oo), (35o) (58o) (48o)

(b) Es wurde ein Vergleich der Wärmeübertragungseigenschaften zwischen der Einfachbeschichtung aus Beispiel I und der Zweifachbeschichtung gemäß Tabelle 1 durchgeführt. Die Resultate zeigen, daß die Anwesenheit von Glasfasern zu einer 2o - 3o %igen Verbesserung bezüglich der Wärmeübertragungseigenschaften der Einfachschicht-Bindungsschichtung gegenüber dem Zweifachschichtsystem führt.

(c) Unter Verwendung des Lacks aus Beispiel I gebundene Segmente wurden dann zum Bestimmen der dielektrischen Eigenschaften überprüft. Diese Resultate wurden dann mit ungebundenem Phenolharz verglichen, und zwar unter Druck und unter Simulierung der in dem Statorkern vorliegenden Bedingungen. Die nachfolgend angegebenen Resultate zeigen, daß bei Verwendung des Epoxylacks aus Beispiel. I eine Verbesserung erzielt wird.

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Tabelle 2 Beschichtungssystem

Dielektrische Festigkeit Mittlere Zwischenschicht-Durchschlagfestigkeit (Ausfallspannung)

Ungebundenes ausgehärtetes Phenolharz (unbonded-cured

phenolic) Gebundenes ausgehärtetes Epoxyharz (bonded-cured epoxy) aus Beispiel I 137 Volt

17o Volt

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Claims

Dr. rer. not. Horst Schüler J⁰⁰⁰ λ«"«·«**· ι 27. Juii 1977

Kaiserstrasse 41 Su. /Vo. /he

PATiHTANWAlT _T.,.,on <06„> 235555

Telex: 04-16759 mapat d

2733987 Postsdieck-Konto: 282420-402 Frankfurt/M.

Bankkontos 225/0389 Deutsche Bank AG, Frankfurt/M.

General Electric Company

1 River Road Schenectady, N.Y./U.S.A.

Ansprüche

/lΛ Verfahren zum Ausbilden eines gebundenen Statorkerns, dadurch ^—' gekennzeichnet, daß Stahlstatorkernsegmente mit einer darauf befindlichen anorganischen Beschichtung gebildet werden, daß auf beide Seiten der Segmente eine isolierende Klebschicht aufgebracht wird, die eine Mischung aus einem Epoxyharz, einem

hierfür dienenden Aushärtungsmittel, das bei r-, ■

Raumtemperatur eine Verweilzeit begründet und bei erhöhter Temperatur mit einer Aushärtung verbunden ist, einem Abstandshalter-Faserfüllmittel mit einem Durchmesser von o,o114 - o,o139 mm (o,45 - o,55 mil) in einer ausreichenden Menge zum Bilden einer gleichförmigen Trennung und Isolation zwischen den Segmenten, ferner einem anorganischen Füllmittel zum Bilden einer Betriebsviskosität sowie zum Aufrechterhalten einer homogenen Verteilung der Glasfasern in dem Harz und einem geeigneten organischen Lösungsmittel zum Aufbringen der Beschichtüngr7~dal die Lösungsmittel aus den beschichteten Segmenten entfernt werden, daß die getrockneten beschichteten Segmente in der Konfiguration eines Elements zum Bilden zumindest eines wesentlichen Teils des Statorkerns gestapelt werden und daß das Element unter Temperatur- sowie Druckbedingungen zusammengepreßt und ausgehärtet wird, um eine Bindung zwischen den Segmenten zu bilden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandshalter-Faserfüllmittel Glas mit einer Faserlänge von etwa 4oo - 8oo u ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Men-

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OHtOtNAL INSPECTED

ge des Abstandshalter-Faserfüllmittels in der Beschichtung etwa 1o - 25 Gewichtsprozent beträgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandshalter-Faserfüllmittel ein Silikatglas ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandshalter-Faserfüllmittel ein Magnesium-Aluminiumsilikatglas (aluminosilicate) ist.
6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Epoxyharz ein Diglycidyläther von Bisphenol A ist.
7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Epoxyharz ein Epoxy Novolak ist.
8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich in der Mischung eine zum Aushärten des Harzes ausreichende Menge an Dizyandiamid und ein Beschleuniger befinden, der aus der Gruppe bestehend aus Imidazol und einem organische» substituierten Imidazol ausgewählt ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleuniger ein 2-Äthyl-4-Methylimidazol ist."
1o. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Aushärtungsmittel ein Azetylazetonat eines aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Titan, Zink sowie Zirkonium ausgewählten Metalls ist und daß die Mischung zusätzlich einen phenolischen Beschleuniger enthält.
11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Pressen
erfolgt.

Pressen und Aushärten bei einer Temperatur von 13o - 17o C
12. Verbundener Statorkern für eine dynamoelektrische Maschine, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von in der Konfiguration

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BAD OR)QINAL

— Λ —

des Kerns gestapelten StahlSegmenten, wobei jedes Segment zumindest eines Teils des Kerns mit dem angrenzenden Segment verbunden und von diesem isoliert ist, und durch eine Zwischenschicht zwischen den Segmenten zum Verbinden und Isolieren der Segmente, wobei die Zwischenschicht ein ausgehärtetes Epoxyharz und ein Abstandshalter-Faserfüllmittel mit einem Faserdurchmesser von o,o114 - o,o139 mm (o,45 - o,55 mil) zum Bilden einer gleichförmigen Trennung zwischen den einzelnen Segmenten aufweist.
13. Statorkern nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der K^rn zusammenhängend gebunden bzw. geklebt ist.
14. Statorkern nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente nur eines Teils des Kerns gebunden bzw. geklebt sind.
15. Statorkern nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandshalter-Faserfüllmittel Glas ist und eine Faserlänge von etwa 4oo - 8oo u hat.
16. Statorkern nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Abstandshalter-Faserfüllmittel ein Silikatglas ist.
17. Statorkern nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das

Abstandshalter-Faserfüllmittel ein Magnesium-Aluminiumsilikatglas ist.
18. Statorkern nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Epoxyharz ein Diglycidyläther von Bisphenol A ist.
19. Statorkern nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Epoxyharz ein Epoxy-Novolak ist.
20. Große dynamoelektrische Maschine, gekennzeichnet durch einen Statorkern gemäß Anspruch 12.

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21. Maschine nach Anspruch 2o, dadurch gekennzeichnet, daß der Kern zusammenhängend gebunden bzw. geklebt ist.
22. Maschine nach Anspruch 2o, dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente nur eines Teils des Kerns gebunden bzw. geklebt
sind.
23. Gebundener bzw. geklebter Statorkern nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des Abstandshalter-Faserfüllmittels etwa 25 Gewichtsprozent der Zwischenschicht beträgt.

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