DE2823684A1

DE2823684A1 - Verfahren zum fixieren der isolationsumhuellung einer langgestreckten spule und spulenpresse dafuer

Info

Publication number: DE2823684A1
Application number: DE19782823684
Authority: DE
Inventors: Malcolm Otty
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1977-06-04
Filing date: 1978-05-31
Publication date: 1978-12-07
Also published as: SE7806321L; US4229242A; GB1557910A

Description

Patentanmeldung
Malcolm Otty
Westering, Mill Hey Road
Caldy, Merseyside
- England -

Verfahren zum Fixieren der Isolationsumhüllung einer langgestreckten Spule und Spulenpresse dafür

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Spulenpresse zum Fixieren der Isolationsumhüllung einer langgestreckten elektrischen Spule für einen Motor oder Generator.

Elektrische Spulen Weisen regelmäßig eine Mehrzahl von Windungen aus Kupferdraht oder einem anderen elektrisch gut leitenden Draht] auf. Sie können als langgestreckte Spulen mit gerade verlaufenden LängsschenkeIn ausgebildet sein, welche zum Einsatz in entspre- j

chende Schlitze eines Rotors oder Stators geeignet sind. Der j Querschnitt einer solchen Spule bzw. ihrer Windungen ist regel- |

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mäßig rechteckig. Bei einer typischen Ausführungsform sind die Windungen im Bereich ihrer Längsschenkel 1 m bis 1,30 m lang und die Längsschenkel 0,70 m bis 1 m voneinander distanziert. Selbstverständlich hängt jedoch die Größe der Windungen von der Größe des Motors oder Generators bzw. deren Leistung ab. Ein typischer Spulenquerschnitt beträgt etwa 2,5 cm mal 0,8 cm und kann ebenfalls in Abhängigkeit von der Größe, dem Typ und der Drehzahl der elektrischen Maschine variieren.

Das leitfähige Spulenmaterial muß vor Einbau in die elektrischen Maschinen elektrisch isoliert werden. Bisher hat man dazu Glimmerstreifen als isolierende Umhüllung verwandt. In jüngerer Zeit finden jedoch thermoplastische oder ausgehärtete harzgetränkte Bänder Verwendung. Diese Bänder werden schraubenlinienförmig um die Spulen bzw. deren Längsschenkel gewunden. Anschließend werden die von den Bändern umhüllten Längsschenkel der Spulen Wärme und Druck unterworfen, wodurch das Harz plastifiziert und derart verschmolzen wird, daß sich eine harte glatte Oberfläche ergibt und die verschiedenen Bandlagen adhäsiv miteinander verbunden werden. Im Ergebnis entstehen exakt begrenzte Spulenquerschnitte, welche zum Einsatz in die Schlitze von Rotor oder Stator der betreffenden elektrischen Maschine geeignet sind.

Obwohl ein beachtlicher Unterschied zwischen den herkömmlichen Glimmerstreifen und den harzimprägnierten Isolationsbändern besteht, existiert bisher keine Vorrichtung, um die harzimprägnierten Isolationsbänder auf den Spulen bzw. deren LängsschenkeIn zu fixieren. Tatsächlich verfährt man dazu bisher in gleicher Weise wie beim Aufbringen von Glimmerstreifen. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß diese alten Methoden und Vorrichtungen verschiedene Nachteile beim Gebrauch von harzgetränkten Isola-

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tionsbändern aufweisen. Nach dem alten Verfahren werden nämlich die Spulen stets nur mit einem Längsschenkel in eine Spulenpresse eingelegt. Bei der Verwendung von harzgetränkten Isolationsbändern hat sich jedoch herausgestellt, daß sich zwar geringfügige, jedoch wesentliche Deformationen einstellen, die offenbar daraus resultieren, daß das Harz unter Wärme- und Druckbeanspruchung eine große Tendenz zum Fließen zeigt. In diesem Zusammenhang ist wiederum von Bedeutung, daß die Spulen stets nur mit einem Spulente Ll in der Spulenpresse während des Fixierungsvorganges gehalten sind. Folglich sind Ungenauigkeiten beim Einpassen der Spulen in die Rotor- oder Statorschlitze nicht ausgeschlossen, so daß sich unerwünschte mechanische Beanspruchungen der Spulen oder unbefriedigender Wirkungsgrad der elektrischen Maschine einstellen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Spulenpresse zu schaffen, wonach sich die Isolationsumhüllung auf elektrische Spulen schnell und einwandfrei aufbringen läßt, und zwar in zeit- und kostensparender Weise.

Diese Aufgabe löst die Erfindung bei einem gattungsgemäßen Verfahren dadurch, daß die Spule während des FixierungsVorganges zwischen sich über die Länge der umhüllten Längsschenkel erstreckenden Preßwerkzeugen deformationsfrei gehalten wird und dabei die umhüllten Längsschenkel Wärme und Druck unterworfen werden. Die Temperatur und/oder der Druck können in Abhängigkeit von dem verwendeten Isolationsmaterial während des Fixierungsvorganges variiert werden. Zweckmäßigerweise werden Temperatur und der Druck automatisch kontrolliert. Die umhüllten Längsschenkel der Spule werden erfindungsgemäß während des Fixierungsvoxpnges im wesentlichen in horizontaler Ebene und zueinander ausgerichtet

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in den Preßwerkzeugen gehalten. Die Fixierungswärme kann durch elektrische Widerstandsheizung erzeugt werden. Der Druck wird vorzugsweise hydraulisch oder pneumatisch erzeugt.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Spulenpresse zur Durchführung des beanspruchten Verfahrens, die sich durch besonders einfache und funktionsgerechte Bauweise auszeichnet. Diese Spulenpresse ist gekennzeichnet durch beidseitig der Spule angeordnete Preßwerkzeuge zum deformationsfreien Halten der mit Isolationsmaterial umhüllten Längsschenkel der Spule, wobei die Preßwerkzeuge zum Aufbringen von Wärme und Druck eingerichtet sind. Weiter sieht die Erfindung vor, daß die Preßwerkzeuge derart zueinander angeordnet sind, daß die Spule in horizontaler Ebene und mit zueinander ausgerichteten LängsschenkeIn gehalten ist. Die Preßwerkzeuge sind nach weiterer Empfehlung der Erfindung auf jeder Spulenseite als geteilte Werkzeuge ausgebildet. Die Werkzeughälften sind an Zylinderkolbenanordnungen zum Zusammendrücken der Werkzeughälften und damit zum Zusammenpressen der umhüllten Längsschenkel der Spule angeschlossen. Die Werkzeughälften weisen zweckmäßigerweise Ausnehmungen zur Aufnahme von Heizelementen für elektrische Widerstandsheizungen auf. Ferner bestehen die Preßwerkzeuge vorzugsweise aus weichem Stahl und können in einfacher Weise aus Stabmaterial hergestellt werden, und zwar in Anpassung an die verschiedenen Spulenabmessungen. Die Zylinderkolbenanordnungen sind hydraulisch oder pneumatisch betätigbar. Auf jeder Seite&er Spulenpresse ist eine Mehrzahl von Zyünderkolbenanordnungen nach Lehre der Erfindung vorgesehen. Außerdem sieht die Erfindung vor, daß die Spulenpresse auf jeder Pressenseite einstellbare Lagerbetten für die Zyünderkolbenanordnungen aufweist, und daß die Lagerbetten gegeneinander sowie um eine in Bettenlängsrichtung verlaufende Dreh-

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achse winkelverstellbar sind. Jedes Lagerbett kann einen langgestreckten Lagerkörper aufweisen, welcher an seinen Enden drehbar gelagert und gegen unerwünschte Drehbewegung arretierbar ist. Die Lagerkörper können vorkragende Ausleger für die Druckkolben in den Zylinderkolbenanordnungen besitzen. Vorzugsweise sind die Ausleger abgewinkelt und bestehen aus nachgiebigem Werkstoff, insbesondere Metall. Die Druckkolben der Zylinderkolbenanordnungen sind aufgrund der winkelförmigen Ausbildung der Ausleger gegen die Lagerkörper gerichtet. - Endlich kann die Spulenpresse automatisch arbeitende Kontrollmittel für die während eines Arbeitszyklus aufzubringenden bzw. zu variierenden Temperaturen und Drücke aufweisen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine elektrische Spule in perspektivischer Darstellung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Gegenstand nach Fig. 1 gemäß der Linie II-II,

Fig. 3 einen Vertikalschnitt durch eine erfindungsgemäße Spulenpresse und

Fig. 4 eine Ansicht auf die eine Hälfte des Gegenstandes nach Fig. 3 in Richtung des Pfeiles IV.

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Die im Zuge eines Preßvorganges herzustellende Spule ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt und besitzt eine Mehrzahl von Kupferoder Aluminiumdrähten 11, welche unter Bildung einer Windung mit sich gegenüberliegenden LängsschenkeIn 12 verlegt sind. Diese Spule besitzt vorkragende Enden 13 in Verlängerung der Längsschenkel 12 für den Anschluß an die Wicklung des Rotors oder Stators einer elektrischen Maschine. Diese Wicklung besteht aus einer Mehrzahl solcher Spulen mit LängsschenkeIn 12, welche in entsprechende Schlitze von Rotor oder Stator eingesetzt werden. Der Querschnitt durch die Schleife bzw. die die Schleife bildenden Drähte 11 ist regelmäßig länglich, wie die Fig. 2 zeigt. Die Längsschenkel 12 sind elektrisch isoliert und dazu mit einem Isolationsband 14 umhüllt, welches mit einem thermoplastischen oder ausgehärteten Kunstharz imprägniert ist. Dieses Isolationsband 14 umhüllt die gesamte Windung mit Ausnahme der vorkragenden Enden 13. Die Umhüllung des Isolationsbandes 14 wird auf den Längsschenkein 12 im Rahmen eines Heißpreßverfahrens fixiert. Eine dazu geeignete Spulenpresse zeigen die Fig. 3 und 4. Diese Spulenpresse weist auf beiden Seiten Preßwerkzeuge 31, 32 auf, die geeignet sind, die Spule 11 gleichzeitig entlang der beiden umhüllten Längsschenkel 12 zu tragen und dann unter Wärme zusammenzudrücken. Die Spulenpresse arbeitet auf beiden Längsschenkel 12 gleichzeitig, die Fixierung der Umhüllung des Isolationsbandes 14 erfolgt also gleichzeitig, und zwar unter Berücksichtigung eines nahezu gleichen Temperatur- und Druckzyklus. Dabei wird die Spule 11 bzw. werden ihre Längsschenkel 12 im wesentlichen deformationsfrei von den Preßwerkzeugen 31, 32 gehalten. Diese Preßwerkzeuge 31, 32 sind so angeordnet, daß die Spule 11 bzw. ihre Längsschenkel 12 in horizontaler Ebene und zueinander ausgerichtet getragen werden. Die Spulenpresse besitzt auf beiden Pressenseiten jeweils ein Paar korrespondierender langgestreckter

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Werkzeughälften 33, 34, welche sich zusammendrücken lassen, um die umhüllten Längsschenkel 12 zusammenzupressen. Diese Werkzeughälften 33, 34 besitzen Ausnehmungen 35 zur Aufnahme langgestreckter Heizelemente 36 für elektrische Widerstandsheizung. Die Preßwerkzeuge bzw. Werkzeughälften 33, 34 sind aus weichem Stahl hergestellt, welcher sich leicht bearbeiten läßt, so daß sich die Preßwerkzeuge 31, 32 unschwer für jede beliebige Spulengröße und -gestaltung fertigen lassen. Die Werkzeughälften 33, 34 sind an Zylinderkolbenanoi'dnungen 37 angeschlossen, welche entlang beider Pressenseiten angeordnet sind. Die Betätigung der Zylinderkolbenanordnungen und damit der Preßwerkzeuge 31, bzw. Werkzeughälften 33, 34 kann pneumatisch oder hydraulisch erfolgen. Jeder Druckkolben besitzt einen Einspannkopf 38, welcher die obere Werkzeughälfte 34 ergreift, während die untere Werkzeughälfte 33 in einem Widerlager 39 gelagert ist. Die Druckkolben sind hinreichend zurückfahrbar, um die Spulen 11 zwischen die Werkzeughälften 33, 34 einlegen und nach Fixierung der Isolationsumhüllung wieder entfernen zu können. Außerdem sind die Werkzeughälften 33, 34 austauschbar, wenn beispielsweise Spulen 11 anderer Größenordnung oder Gestaltung gepreßt werden sollen. Die Spulenpresse weist Druckkontrollmittel auf, welche dafür sorgen, daß lediglich ein leichter Haltedruck erzeugt wird, um die jeweilige Spule in den Preßwerkzeugen 31, 32 in Position zu halten. In diesem Zusammenhang ist dafür Sorge getragen, daß kein wesentlicher Druck auf die Spule 11 übertragen wird, während die Temperatur hochgefahren wird, um die erforderliche Pixierungstemperatur zu erzeugen. Erst wenn die Fixierungstemperatur erreicht ist, wird mit erhöhtem Druck gearbeitet.

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Die Zylinderkolbenanordnungen 37 und die Widerlager 39 sind auf Auslegern 41 angeordnet, die sich wiederum auf einem verstellbaren Lagerbett 42 befinden. Auf jeder Seite der Spulenpresse ist ein solches Lagerbett 42 vorgesehen. Die Lagerbetten 42 sind gegeneinander und voneinander verstellbar, sie sind darüber hinaus um eine in Bettenlängsrichtung verlaufende Drehachse winkelverstellbar, wie das durch die Pfeile in Fig. 3 angedeutet ist. Die Lagerbetten 42 sind in 43 auf einem Support 44 drehbar gelagert, und zwar an jedem Bettende. Außerdem sind Verriegelungs mittel vorgesehen, um eine unerwünschte Rotationsbewegung der Lagerbetten 42 ai verhindern. Die Supporte 44 sind auf Schienen 45 verfahrbar und auf einem Gestell 46 blockierbar. - Die Ausleger 41 sind mit den Lagerbetten 42 verschweißt und geringfügig abgewinkelt sowie leicht elastisch, so daß sie bei hoher Druckbeanspruchung in vorgegebenem Maße nachgeben können. - Im übrigen sind Kontrollmittel vorgesehen, welche Temperatur und Druck automatisch kontrollieren, die für die Fixierung der umhüllten Längsschenkel 12 der jeweiligen Spule 11 im Rahmen eines Arbeitszyklus erforderlich sind. Ein normaler Arbeitszyklus dauert etwa 30 Minuten. Die Werkzeughälften 33, 34 werden zunächst - nachdem sie in die vorschriftsmäßige Position zur Aufnahme einer Spule ohne Deformationsbeanspruchung überführt worden sind - bis auf 100 aufgewärmt. Dann wird die Spule eingesetzt und gleichsam zwischen den Werkzeughälften 33, 34 mit äußerst geringem Druck festgeklemmt bzw. gehalten. Anschließend wird die Temperatur mittels der elektrischen Widerstandsheizung bis auf ca. 150 ⁰C erhöht und schließlich wächst der Preßdruck an. Nach einem vorgegebenen Zeitintervall werden Temperatur und Druck erniedrigt und für eine weitere Zeitperiode auf dem erniedrigten Stand gehalten, bevor die so behandelte Spule aus der Spulenpresse entfernt wird. Die exakten Temperaturen, Drücke und Zeiten hängen

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von dem Material des Isolationsbandes 14 ab. Im Ergebnis entstehen Spulen mit fixiertem Isolationsband, welche sich durch exakte Form, Gleichmäßigkeit und einwandfreie Isolierung über die Längsschenkel 12 auszeichnen.

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Le e rs eι te

Claims

Andrejewski, Honke, Gesthuysen & Masch, Patentanwälte in Essen Patentansprüche :

1. J Verfahren zum Fixieren der Isolationsumhüllung einer langge-

kten Spule für einen Motor oder Generator, dadurch gekenn zei chnet, daß die Spule während des Fixierungsvorganges zwischen sich über die Länge der umhüllten Längsschenkel erstreckenden Preßwerkzeugen deformationsfrei gehalten wird und dabei die umhüllten Längsschenkel Wärme und Druck unterworfen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Temperatur und/oder der Druck in Abhängigkeit von dem verwendeten Isolationsmaterial während des Fixierungsvorganges variiert werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur und der Druck automatisch kontrolliert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die umhüllten Längsschenkel der Spule während des Fixierungsvorganges im wesentlichen in horizontaler Ebene und
zueinander ausgerichtet in den Preßwerkzeugen gehalten werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fixierungswärme durch elektrische Widerstandsheizung erzeugt wird.

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6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck hydraulisch oder pneumatisch erzeugt wird.

7. Spulenpresse zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch beidseitig der Spule (11) angeordnete Preßwerkzeuge (31, 32) zum deformationsfreien Halten der mit Isolationsmaterial umhüllten Längsschenkel (12) der Spule (11), wobei die Preßwerkzeuge (31, 32) zum Aufbringen von Wärme und Druck eingerichtet sind.

8. Spulenpresse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßwerkzeuge (31, 32) derart zueinander angeordnet sind, daß die Spule (11) in horizontaler Ebene mit zueinander ausgerichteten Längsschenkeln (12) gehalten ist.

9. Spulenpresse nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßwerkzeuge (31, 32) auf jeder Spulenseite als geteilte V7erkzeuge ausgebildet sind und die Werkzeughälften (33, 34) an Zylinderkolbenanordnungen (37) zum Zusammendrücken der Werkzeughälften (33, 34) und damit zum Zusammenpressen der umhüllten Längsschenkel (12) der Spule (11) angeschlossen sind.

10. Spulenpresse nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Werkzeughälften (33, 34) Ausnehmungen (35) zur Aufnahme von Heizelementen (36) für elektrische Widerstandsheizung aufweisen.

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11. Spulenpresse nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Preßwerkzeuge (31, 32) aus weichem Stahl bestehen.

12. Spulenpresse nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderkolbenanordnungen (37) hydraulisch oder pneumatisch betätigbar sind.

13. Spulenpresse nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Zylinderkolbenanordnungen

(37) auf jeder Pressenseite vorgesehen ist.

14. Spulenpresse nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie auf jeder Pressenseite einstellbare Lagerbetten (42) für die Zylinderkolbenanordnungen (37) aufweist, und daß die Lagerbetten (42) gegeneinander sowie um eine Drehachse winkelverstellbar sind.

15. Spulenpresse nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie automatisch arbeitende Kontrollmittel für die während eines Arbeitszyklus erforderlichen Temperaturen und Drücke aufweist.

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