DE3001040C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mit Eisen in Eingriff tretenden Nutenkeil zur Anordnung in den Zähnen von Wicklungsnuten einer elektrischen Maschine, wobei der Nutenkeil einen Glasfaserkern umfaßt, der mit einem ausgehärteten wärmeaushärtbarem Harz imprägniert ist und auf zumindest zwei Seiten mit einer umkleidenden Schicht bedeckt ist, die mit einem ausgehärteten wärmeaushärtbarem Harz imprägniert ist.

Ein derartiger Nutenkeil ist aus der US-PS 34 37 858 bereits bekannt. Während der aus dieser Druckschrift bekannte Nutenkeil bereits gegenüber älteren Konstruktionen Vorteile aufweist, so beispielsweise gegenüber phenolgetränkten Kraftpapierkeilen eine geringere Schrumpfung und gegenüber phenolhaltigen Asbestnutenkeilen die Vermeidung des potentiell gesundheitsschädlichen Asbestes, erwiesen sich diese aus der US-PS 34 37 858 bekannte Nutenkeile noch als in bestimmten Bereichen nicht ausreichend: Zum einen ist ihre Scherfestigkeit bei Anwendung bei großen elektrischen Maschinen, bei denen Spulenkräfte von 18 Newton pro cm Nutenlänge erreicht werden, nicht ausreichend, außerdem haben die Keile immer noch hinsichtlich der inneren Oberflächenkanten der Eisenstatorzähne abschleifenden Charakter, wenn der Keil in die Nuten eingetrieben wird. Zwar wird beim Stand der Technik versucht, den im Prinzip aus parallelen Glasfasern bestehenden extrudierten Nutenkeil, der mit Polyesterharz imprägniert ist, und der aufgrund der Parallelität der Glasfasern nur niedrige Scherfestigkeit besitzt, dadurch eine höhere Festigkeit zu geben, daß an den Querschnittsenden des Keiles jeweils eine aus Metall oder glasfaserverstärktem Material bestehende Röhre, Stange, Band oder Kordel angeordnet wird, die eine sehr hohe Scherfestigkeit besitzt, so daß sich zumindest für die Teile, die mit dem zurückspringenden Statorzahnquerschnitt in Berührung und Wechselwirkung kommen, eine verhältnismäßig hohe Scherfestigkeit sich ergibt. Durch Umwickeln dieses Keiles mit einem 0,13 bis 0,76 mm dicken Band aus gewickelten Glasfasergewebe ergibt sich außerdem eine Nutenumkleidung, die auch eine hohe transversale Bindungsfestigkeit liefert und so während des Einschiebens des Keils einen recht hohen Einschiebepreßdruck erlaubt. Die Bandabdeckung erhöht auch in gewisser Hinsicht die Scherfestigkeit des Keils, da immerhin die Hälfte der Glasfasern dieses Bandes transversal zu den Nutenkeilkernfasern liegen.

Aufgabe der Erfindung ist es, den aus der US-PS 34 37 858 bekannte Nutenkeil dahin gehend noch weiter zu verbessern, daß er auch bei Anwendung in großen elektrischen Maschinen noch ausreichend Festigkeit besitzt und zudem eine verringerte Schleifwirkung auf die inneren Oberflächenkanten der Eisenstatorzähne ausübt, wenn der Nutenkeil eingetrieben wird.

Der Nutenkeil sollte bei Anwendung in großen elektrischen Maschinen nicht nur eine Leiterverschiebung verhindern, sondern auch Leitervibrationen. Er sollte den Scherungsbeanspruchungen, der Schrumpfung sowie der Biegung widerstehen können, die durch den Druck des verkeilten Leiters sowie durch die Wärme verursacht werden, die im Betrieb aufstehen. Insbesondere sollte aber seine mit dem Eisen in Eingriff tretende Oberfläche zum einen Nachgiebigkeit, zum anderen Schmierfähigkeit besitzen, um so die inneren Oberflächenkanten der laminierten Statorzähne beim Eintreiben des Keiles möglichst wenig abzuschleifen.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß die umkleidende Schicht aus einer Matte aus aromatischen Polyamidfasern besteht und daß der Glasfaserkern in flachgepreßter Spiralform vorliegt, eine Dicke von mindestens 5 mm aufweist und damit 40 bis 60 Gewichts-% ausgehärtetem Epoxyharz imprägniert ist.

Durch diese Kombination von Maßnahmen wird einerseits die für große elektrische Maschinen notwendige Gesamtfestigkeit des Nutenkeiles sichergestellt, andererseits aber auch ausreichende Kompressibilität, wodurch die Belastung der inneren Oberflächenkanten der laminierten Statorzähne durch Abschleifvorgänge verringert wird, weil hier nicht mehr die Gefahr besteht, daß wegen mangelnder Nachgiebigkeit des den Glasfaserkern umhüllenden und durchdringenden Polyesterharzes oder wegen direkten Kontaktes der Glasfasern mit den Kanten der Eisenlamellen nicht erwünschte Abschleifvorgänge auftreten.

Zwar sind die Schmiereigenschaften im wesentlichen abhängig von den Imprägniermaterialien für die Glasfasermatte, jedoch hat sich hier gezeigt, daß durch die besondere Formgebung (flachgepreßte Spiralform) des Glasfaserkerns einerseits sowie auch durch die Nachgiebigkeit der umkleidenden Schicht aus der Matte aus aromatischen Polyamidfasern eine Vergleichmäßigung der Schmierwirkung ermöglicht wird.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist es besonders günstig, wenn die umkleidende Schicht die mit dem Eisen in Eingriff tretenden Seiten des Nutenkeiles bedeckt. In diesem Falle nämlich macht sich günstig bemerkbar, daß die Verwendung von aromatischen Polyamidfasern - anstelle von Glasfasern - in der umkleidenden Schicht zu einer verringerten Schleifwirkung führt.

Es sei noch ergänzt, daß die Nachgiebigkeit noch den weiteren Vorteil bietet, daß sich während des Einschiebens und auch danach sich eine genauere Anpassung an die Form der Nut ergibt, was nicht nur die Widerstandsfähigkeit gegenüber einem Herausschieben erhöht, sondern auch ein Vibrieren beim späteren Betrieb weitgehend verhindert.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Umkleidungsschicht eine einzige Schicht in nicht gewebter Form, wobei das Dickenverhältnis von Glasfaserkern zur Umkleidungsschicht von 10 : 1 bis 100 : 1 reicht.

Vorzugsweise besitzt die Umkleidungsschicht eine Dicke von 0,13 bis 0,64 mm und bildet eine zu 70 bis 95% poröse Matrix, die mit einem ausgehärteten Epoxyharz oder Phenolharz imprägniert ist.

Das aromatische Polyamid sollte im wesentlichen aus einem Poly-(phenylenphthalamid) mit 90 bis 100%iger Nachgiebigkeit gegenüber Kompaktierung bestehen. Vorzugsweise besitzt dabei das Poly(-phenylennaphthalamid) eine Zugfestigkeit von mehr als 170 Newton pro mm².

Der Aufbau erlaubt eine preisgünstige Herstellung: Die mit Harz imprägnierte aromatische Polyamidfilzmatte wird in einer geeigneten Gießform angeordnet und das mit Harz imprägnierte Glasgewebe über der inneren Mattenoberfläche angeordnet. Dann werden dampferhitzte Druckplatten verwendet, um die Harze auszuhärten und die zwei Schichten miteinander zu laminieren, ohne daß ein Kleber verwendet wird, so daß sich ein einstückiges, konsolidiertes Werkstück ergibt. Die aromatische Polyamidfilzmatte, imprägniert mit wärmeausgehärtetem Harz, ergibt eine nachgiebige Oberflächenschicht, die die inneren Oberflächenkanten des Statoreisens während des Verkleidungsvorganges schützt und somit die Verwendung eines Glasfaserkernmaterials mit einer wesentlich höheren Festigkeit als beim Stand der Technik ermöglicht, welcher Glasfaserkern bisher - ohne diese nachgiebige Oberfläche - als zu abreibend sich erwiesen hat. Die Gesamtanordnung gemäß der Erfindung ergibt eine Statorkraftverteilung, die sowohl im eingeschwungenen Dauerbetrieb wie auch unter Kurzschlußbetätigung zu keinen Problemen geführt hat. Die erfindungsgemäße Anordnung ist besonders nützlich bei Anwendungen für die Statoren von großen Generatoren.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das in den Zeichungen dargestellt ist.

Es zeigt:

Fig. 1 in einer Querschnittsdarstellung eine Statorbauart für eine dynamoelektrische Maschine, wobei der Zahn einer Wicklungsnut und des darin eingeschobenen Nutenkeils gezeigt wird;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Nutenkeils, wobei Einzelheiten des Glasfaserkerns und der umkleidenden Schicht wiedergegeben sind;

Fig. 3A ein Verfahren zur Herstellung des Laminataufbaus für den erfindungsgemäßen Nutenkeil;

Fig. 3B der Glasfaserkern und die umkleidende Schicht vor dem Verpressen gemäß Fig. 3A;

Fig. 4 ein Testgerät zur Ermittlung des Eisenabriebs bei dem Beispiel.

In Fig. 1 ist ein Metallteil einer dynamoelektrischen Maschine, wie ein Stator 1, dargestellt, das herkömmliche Konstruktion besitzt und aus Spulenschlitzen oder -nuten 2 besteht, die eine Spulenleiterwicklung 3 enthalten, die auch Kühlleitungen enthalten können. Jede Spule ist an der Oberseite und am Boden mittels phenolharzimprägniertem Kraftpapier oder anderen geeigneten trennenden Schichtmaterialien 4 gebunden und von einer Isolation 5 umgeben, wie dem Durchschnittsfachmann wohlbekannt. Die Isolation 5 umfaßt im allgemeinen eine gegenüber Feuchtigkeit widerstandsfähige elastische Kombination aus einem wärmehärtenden Harz und Glimmerflocken. Der Nutenkeil 6 ist eine Spanneinrichtung für die Spulenwicklung und zwischen den oberen Leiterwicklungen und dem laminierten Eisenstatorzahn 7 gemäß der Darstellung angeordnet. Der Nutenkeil ist zwischen den Zähnen des Spulenschlitzes eingeführt und berührt die inneren Kantenflächen 8 der Statorzähne 7. Die innere Oberfläche der Zähne stellt eine Nut in dem laminierten Statoreisenbauteil dar und kann verschiedenartige Konfiguration besitzen, wie bei 8 bzw. 9 dargestellt ist.

Jeder Stator einer großen dynamoelektrischen Maschine umfaßt eine Vielzahl von Kernstanzteilen aus Siliziumstahl geringen Verlustes. Beispielsweise kann ein großer Generatorstator einen Durchmesser von 3 m und eine Länge von 6 m aufweisen. Der Stator kann bis zu 30 getrennte Stanzteile pro 2,5 cm Länge besitzen. Jedes Laminat wird vor dem Stanzen mit einer hochtemperaturfesten anorganischen Isolierung beschichtet, wie beispielsweise mit einer natriumsilikatartigen oder einer phosphatartigen Isolierung. Das Laminat wird dann gestanzt, entgratet und erneut beschichtet.

Die gestanzten Laminate, die den Querschnitt der Statorspule aufweisen, werden dann auf Aufbaubolzen aufgestapelt und durch isoliert hindurchgeführten Bolzen und nichtmagnetische Fingerplatten fest miteinander verklemmt, um einen Statorkörper zu bilden, der Spulenschlitze und Statorzähne besitzt. Die Isolation zwischen jedem laminierten Stanzteil hilft dabei, Stromverluste bei den Betriebstemperaturen entlang der äußeren Oberfläche des Stators zu verhindern. Wegen der Anzahl der einzelnen Laminate ist es unmöglich, die Zahnabschnitte genauer als mit einer Toleranz von ±0,25 mm auszurichten. Daher werden viele der Zahnkantenlaminate "hervorstehen" und während der Einführung des Nutenkeils Biegung oder Scherung durch den Nutenkeil ausgesetzt sein.

Wenn die Zahnkantenlaminate gebogen oder geschert werden, können sie einander berühren, was zu elektrischen Kurzschlüssen führt und den Zweck der Isolation zwischen den einzelnen Lamination vereitelt. Es ist daher wichtig, daß das Äußere des Nutenkeils erhebliche Schmiereigenschaften aufweist und von einer Konstruktion ist, die ein Kratzen der Statorzahnlaminate ermöglicht, ohne daß die Laminate umgebogen werden, während gleichzeitig die strukturelle Integrität aufrechterhalten wird.

Nachdem die isolierten Leitungswicklungen und die Separatoren in den Spulennuten an Ort und Stelle geschoben sind, wird eine Vielzahl von Nutenkeilen 6 mittels eines geeigneten Antriebsmechanismus wie Block und Hammer an Ort und Stelle getrieben. Zwischen der das Eisen in Eingriff nehmenden äußeren Oberfläche des Nutenkeils und den laminierten Eisenstanzteilen des Stators tritt an den Zahnkantenkontaktpunkten 8 auf der Seite und auf dem Boden des Nutenkeils ein Reibkontakt auf. Im allgemeinen besitzt die Nutenkeilanordnung eine Länge, die gleich der des Wicklungsschlitzes ist, und besteht gewöhnlich aus einer Vielzahl von Keilen mit einer Länge von ungefähr 15 cm. Ein Stator mit einer Länge von 6 m würde also 40 Keile pro Nut oder Schlitz enthalten. Die Nutenkeile gemäß der vorliegenden Erfindung lassen sich leicht zu verschiedenen Konfigurationen formen und sind leicht bearbeitbar.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, besitzt Nutenkeil 6 einen Glasfaserkern 20, wie beispielsweise Glasgewebe oder Glastuch. Der Glasfaserkern kann in bearbeiteter Blattform vorliegen, vorzuziehen ist jedoch eine spiralartige, d. h., gewundene oder gewickelte Form, wie dargestellt. Ein gewickelter Kern ist besonders nützlich, da dadurch die interlaminare Scherfestigkeit des Kerns um 10 bis 20% erhöht wird. Daher kann das Äußere den Kanten 21 eines gewickelten Kerns einer größeren Auswärtskraft der in den Spulenschlitzen gehaltenen Spulen widerstehen. Der Nutenkeilkern ist mit einem wärmeausgehärteten Harz imprägniert, wie beispielsweise mit einem Phenolharz oder einem Epoxyharz, wobei beide Harze allgemein bekannt sind. Diese Harze können verschiedene bekannten Aushärtemittel, Beschleuniger und Inhibitoren enthalten.

Das in dem Kern verwendete Glastuch wird eine Dicke von etwa 0,076 bis 0,25 mm besitzen. Nach dem Übereinanderlegen oder Aufwickeln und nach dem Aushärten in der Form liefert das Glastuch einen Kern mit einer Dicke, die von 5,1 bis 12,7 mm reicht. Es wird zu 40 bis 60 Gew% mit einem wärmeaushärtbaren Harz getränkt, wobei die Gewichtsprozente bezogen sind auf das Gewicht von Harz plus Glastuch. Eine Dicke von wengier als 5,1 mm und eine Harzbeladung unterhalb von 40 Gew% könnten zu Hohlräumen führen, die die Kernfestigkeit erheblich beeinträchtigen würden.

Der Glasfaserkern ist an zumindest zwei Seiten mit einer aus aromatischem Polyamid bestehenden Matte bedeckt, das ist eine Filzbekleidung, die eine zumindest 70%ig poröse Struktur aufweist, im allgemeinen aber eine Porosität von 70 bis 95% vor der Harzimprägnierung besitzt. Diese niedrige Dichte ermöglicht eine sehr hohe Harzbeladung innerhalb einer zähen Aramidmatrix, die außergewöhnliche Zugfestigkeitseigenschaften besitzt. Die Abdeckung ist zumindest auf die Seitenflächen 21 des Kerns integral auflaminiert und aufgebunden, die den Zähnen gegenüberliegen und das Eisen in Eingriff nehmen, während die obere Oberfläche 22 und der das Eisen in Eingriff nehmende Kantenteil der Bodenfläche bei 23 zur Erleichterung der Aufbringung ebenfalls beschichtet sind. Dies liefert einen Nutenkeil mit einer oberen Oberfläche 24, einer zur Wicklung weisenden Bodenfläche 25 und den das Eisen des Stators in Eingriff nehmenden Zahnberührungsseiten 26, 27.

Diese Abdeckung muß aus einer harzimprägnierten aromatischen Polyamidmatte bestehen. Viele andere Materialien, wie aromatische Polyimide sind schwierig an der Glaskernoberfläche anzubinden. Die Abdeckung darf nicht in Folienform vorliegen, da diese Art von Abdeckung die Neigung besitzt, sich während des Verkeilens von dem Glaskern abzuscheren. Die aromatische Polyamidmatte besteht vorzugsweise aus einer einzigen Schicht in nichtgewebter Form mit einer Dicke von 0,13 bis 0,64 mm nach dem Formen. Die Matte liefert eine Matrix mit einer theoretischen Dichte von 5 bis 30 Vol%, d. h., mit einer Porosität von 70 bis 95%, die mit 60 bis 80 Gew% wärmeaushärtbarem Harz imprägniert wird, wobei die Gewichtsprozentangabe auf dem Gewicht von Harz plus Matte beruhrt. Das wärmeaushärtbare Harz kann beispielsweise ein Phenolharz oder ein Epoxyharz sein, das eine Vielzahl von bekannten Aushärtemitteln enthalten kann, wie auch Beschleuniger und Inhibitoren.

Dicken der geformten Polyamidharzmatte unterhalb von 0,13 mm reichen nicht aus, um eine Flächenkompression zu ermöglichen und den rauhen Zahnkantenoberflächen zu erlauben, den Keil zu schneiden und zu kratzen, während der Keil eingetrieben wird. Dicken unterhalb von 0,13 mm reduzieren die Nachgiebigkeit der Stirnfläche und können zu einem Bruch oder zu einem Reißen der Matte führen, wodurch die Eisenzahnlaminate mit dem abreibenden Glastuchkern in Berührung kommen. Eine Harzbeladung unterhalb von 60 Gew% verschlechtert ernsthaft die Adhäsion der Abdeckung an dem Kern, da einiges von dem in der Abdeckung benutzten Harz während der Hochdrucklamination in den Kern einsickert, wobei die Hochdrucklamination die außergewöhnliche Bindung der zwei Komponenten des Laminats ohne die Verwendung von Klebern liefert. Weniger als 60 Gew% Harz würde auch die Schmiereigenschaften der Abdeckung sowie die Fähigkeit verringern, das mechanische Kratzen und Einschneiden der Zahnstanzteile aufzunehmen.

Ein vollständig aus aromatischem Polyamid bestehender Nutenkeil ist für große dynamoelektrische Maschinen wegen des übermäßigen Kriechens und Schrumpfens bei den Betriebstemperaturen nicht geeignet. Das vorzugsweise Dickenverhältnis von imprägnierter Glasfaserkernschicht zu imprägnierter aromatischer Polyamidstirnschicht liegt zwischen 10 : 1 und 100 : 1. Ein Verhältnis von weniger als 10 : 1 führt zu Schrumpfungsproblemen. Ein Verhältnis von höher als 100 : 1, d. h., eine sehr dünne abdeckende Schicht, würde zu möglichen Abriebproblemen führen.

Aromatische Polyamide in Form von Garn, Papier, Matte und Faser sind dem Fachmann bekannt, die aromatischen Polyamide umfassen aromatische Ringe, die durch Karbonamidkettenglieder gemäß der nachstehenden Formel verbunden sind:

Derartige aromatische Nylonmaterialien besitzen einen weiten Bereich von chemischen und physikalischen Eigenschaften und weisen ausgezeichnete thermische Stabilität auf. Sie können dadurch hergestellt werden, daß ein aromatisches Diamin mit einem aromatischen Diacidchlorid in einem wäßrigen System reagiert wird. Eine vollständige Beschreibung ihrer Eigenschaften und ihrer Synthese findet sich beispielsweise in den US-Patentschriften 36 71 542 und 32 40 760. Diese Aramide werden erfindungsgemäß in der Form von Fasermatten mit hohem Molekulargewicht verwendet. Diese Fasermatten bestehen im wesentlichen aus runden Faserstücken mit einem ungefähren durchschnittlichen Durchmesser von 0,0025 bis 0,02 mm. Die Matte kann auch faserige Binderteilchen enthalten. Die Matte besitzt gegenüber Kompaktierung eine Nachgiebigkeit von 90 bis 100%, d. h., daß sie einen Einschlag leicht absorbiert und in ihre ursprüngliche Form zurückkehrt. Eine derartige Nachgiebigkeit wird selbst dann in einem hohem Ausmaß erhalten, wenn die Matte mit Harz beladen wird.

Das am meisten vorzuziehende aromatische Polyamid ist ein Poly(phenylenphthalamid) mit einer Zugfestigkeit von mehr als etwa 6.300 kg/cm² und vorzugsweise von mehr als 17.600 kg/cm², und einem Streckmodul von über 0,14×10⁶ und vorzugsweise mehr als 0,7×10⁶ kg/cm². Ein Beispiel für ein Material dieser Art umfaßt im wesentlichen wiederkehrende Einheiten von Poly-(1,4-phenylenterphthalamid):

beschrieben als "Kevlar" von Gan et altera in Band 19 des Journal Of Applied Polymer Science, Seiten 69-82 (1975). Diese Zugfestigkeitseigenschaften liefern eine ausreichend gute Anpassung an das Glas in dem Kern, das eine Zugfestigkeit von ungefähr 14.000 bis 28.000 kg/cm² und einen Zugfestigkeitsmodul von etwa 0,7×10⁶ kg/cm² aufweist.

Durch enge Anpassung der Werte der zwei Komponenten der laminierten Zusammensetzung verringert sich die Gefahr der Delaminierung unter dem Druck der Spule und bei den Temperaturen, die bei großen dynamoelektrischen Maschinen auftreten, wobei die Druckwerte von 13,5 bis 27 kg/cm Nutkeillänge und die Temperaturwerte von 75 bis 125°C reichen können. Auch braucht kein Kleber verwendet zu werden, um das Aramid und das Glas miteinander zu verbinden. Die aromatischen Polyamide, wenn sie in poröser Mattenform vorliegen, liefern eine Matrix für das wärmeaushärtbare Harz mit einer Dichte von 5 bis 30 Vol%. die imprägnierte, ausgehärtete Matte ist nachgiebig, flexibel und besitzt Schmiereigenschaften, wodurch kratzender Kontakt mit rauhen Oberflächen absorbiert wird.

Fig. 3B zeigt die umkleidende Schicht 31 aus aromatischem Polyamidfilz, das mit Harz imprägniert ist und eine Wicklung aus imprägniertem Glasgewebe 32.

Sie sind in eine Form 35 mit zugehörigen Preßplatten 36 angeordnet, wie in Fig. 3A dargestellt.

Die Erfindung sei nun anhand des folgenden Beispiels noch näher erläutert:

Beispiel

Zahlreiche, mit harzimprägnierten aromatischen Polyamidglasumkleidungen versehene Nutenkeile wurden hergestellt. Ein Glasgewebestreifen des Typs Nr. 7628 mit einer Breite von 60 mm und einer Dicke von 0,25 mm wurde mit einer Acetonlösung eines Bisphenol-A-Epoxyharzes getränkt, dessen Epoxyäquivalentgewicht 450 bis 550 betrug (wird von der Firma Shell Chemical Corporation als "EPON 1001" vertrieben), wurde unter Verwendung von trimellitischem Anhydrid als ein Katalysator imprägniert. Dieser imprägnierte Streifen wurde durch einen Behandlungsturm mit einer Temperatur von 140°C hindurchgeführt, um das Acetonlösungsmittel zu verdampfen. Dadurch ergab sich ein B-stufiger nichtklebriger Streifen mit einer Harzbeladung von etwa 50 bis 55 Gew%, welcher Streifen auf eine Länge von 150 cm geschnitten wurde.

Ein zu 75% poröser, d. h., 25 Vol%ig dichter Streifen aus nichtgewebter, gefilzter Matte aus hochmolekularem aromatischem Polyamid mit einem Gewicht von 237 g/m², einer Zugfestigkeit von etwa 21.000 bis 28.000 kg/cm² und einer ungefähr 95%igen Nachgiebigkeit (angeblich bestehend hauptsächlich aus Poly-1,4-phenylenterephthalamid, kommerziell vertrieben unter der Bezeichnung "Kevlar 29" von E. I. DuPont De Nemours & Co.) mit einer Breite von 90 cm und einer Dicke von 3,18 mm wurde mit einer Methanollösung eines Phenolformaldehydharzes imprägniert. Dieser imprägnierte Streifen wurde durch einen Behandlungsturm bei etwa 140°C hindurchgeführt, um das Lösungsmittel zu verdampfen. Dies härtete das Harz in dem Streifen teilweise aus und lieferte eine trockene Vorimprägnierung, wobei etwa 70 bis 75 Gew% des Phenolharzes in einer 25 Vol%igen Aramidmatrix sich befanden. Der Streifen wurde dann in Längsstücke von 150 mm zerschnitten.

Der Epoxyglasstreifen wurde zu einer 20 Schichten dicken Röhre aufgerollt und auf dem Phenol-Kevlar-Abdeckstreifen aufgelegt, wie in Fig. 3B der Zeichnungen dargestellt. Die Phenolglasröhre wurde flachgepreßt und die Enden der Phenol-Kevlar-Streifen über der abgeflachten Röhrenoberseite herumgebogen. Es wurden keine Klebmittel verwendet. Diese Anordnung wurde in eine Form gegeben, wie in Fig. 3A dargestellt, und dann zwischen Heißdruckplatten bei einer Temperatur von 155°C eine halbe Stunde lang mit einem Druck von 700 kg/cm² gepreßt. Daraufhin ließ man das zusammengesetzte Teil abkühlen und entfernte es, wodurch sich ein konsolidierter, gebundener, laminierter Nutenkeil ergab. Das geformte zusammengesetzte Stück besaß eine nachgiebige, schmierende, aromatische Polyamidstirnfläche an der kurzen Stirnseite auf den zwei die Zähne berührenden Kantenseiten und auf den Kanten der Bodenseite, wie in Fig. 2 der Zeichnungen wiedergegeben. Die aromatische Polyamidabdeckung wurde bis zu einer Dicke von etwa 0,38mm komprimiert und die aromatische Polyamidmatrix mit etwa 70 Gew% Harz geladen. Der Glastuchkern war etwa 9 mm dick und mit etwa 50 Gew% Harz geladen. Es ergab sich eine ausgezeichnete Bindung zwischen den beiden klebemittelfreien Schichten.

Es wurden Versuche an dieser Zusammensetzung unternommen, um die Festigkeit und Stabilität zu untersuchen. Der Keil wurde mit der Stirnfläche nach unten in einer hohlen Stahltestanordnung angeordnet, welche eine simulierte Statoroberfläche besaß. Hier ruhten die abgeschrägten Seitenkanten auf Stahl in der Anordnung und ein Stahldruckstab, der den Leiterwicklungsdruck in einem Stator simulierte, wurde gegen den Spulenstützrücken des Nutenkeiles gepreßt. Eine 30tonnige Amsler-Universal-Testmaschine wurde in Verbindung mit einer Baldwin-Mikroformereinheit verwendet, um die Auslenkung zu messen. Die Testanordnung wurde in einem Ofen betrieben, wobei ein Thermometer an der Probe angebracht war. Die interlaminare Keilscherfestigkeit bei 100°C ergab sich zu 626 kg/cm Nutenkeillänge. Dies liegt mehr als 230% oberhalb der üblichen Pressung von 13,4 bis 26,8 kg/cm Spulenlänge, die in den meisten großen dynamoelektrischen Maschinen auftritt, wie auch weit oberhalb des Wertes von 268 kg/cm pro Länge, welcher Wert typisch für Nutenkeile aus phenolharzimprägnierten Kraftpapierlagen ist.

Ein ähnlicher Nutenkeil wurde bei 100°C und einem Druck von 10,5 kg/cm² 48 Stunden lang untersucht. Dieser Test simulierte die tatsächlichen Betriebsbedingungen einer dynamoelektrischen Maschine. Die prozentuale Dickenschrumpfung sowie die prozentuale Verbiegung des Nutenkeils nach seiner Entfernung war nicht meß­ bar. Dies stellt eine dramatische Verbesserung gegenüber der 2 bis 4%igen Schrumpfung von Nutenkeilen aus mit Phenolharz imprägnierten Kraftpapierlagen dar, sowie der 5%igen Schrumpfung von vollständig aus "Kevlar" bestehenden Keilen, die mit Phenolharz imprägniert sind. Die beobachtete Schrumpfung von "Kevlar" macht die Verwendung in Verbindung mit einem Glaskern notwendig, damit dieser Keil bei großen dynamoelektrischen Maschinen verwendbar wird.

Abriebuntersuchungen wurden dann durchgeführt, wobei ein bearbeiteter, massiver Aramidnutenkeil sowie eine Testapparatur verwendet wurde, die in der Fig. 4 der Zeichnungen dargestellt ist. Die Testanordnung 40 umfaßte einen 127 mm langen Stapel aus laminierten Stanzblechen, wobei jedes von dem anderen durch eine phosphatartige Isolation isoliert war. Es gab 30 Stanzbleche pro 2,5 cm Länge der Meßanordnung. Der Nutenkeil bestand aus mit Phenolharz imprägnierten Schichten aus aromatischem Polyamid-Kevlar. Der geformte Block war etwa 1 mm dick und 190 mm lang und lieferte eine 25 Vol%ige aromatische Polyamidmatrix, die mit etwa 75 Gew% Phenolharz geladen war. Die Farbe des Keiles war ein fahles Gelb. Der Block wurde bis zu einer Länge von 24,8 mm±0,38 mm mit einem Radius von 0,79 mm an seinen Enden bearbeitet, wie bie 40 in Fig. 4 dargestellt. Ein ähnlicher Keil wurde von einem 1 mm dicken geformten Block aus mit Epoxyharz imprägniertem Glastuch gearbeitet. Beide Keile wurden zu genau passenden Dimensionen bearbeitet. Die Entfernung zwischen dem tiefsten Teil 41 der Zähne 42 der Anordnung betrug 2,5 cm. Bolzen 44 hielten die laminierten Stanzteile der Testanordnung zusammen.

Der Abriebtest bestand aus einer kurzen, mechanischen Schub/Zugbewegung, wobei zwischen dem Keil und dem Eisen eine Kraft von 10,5 kg/cm² angewendet wurde, welche jeden Keil durch die Stanzteile hindurchbewegte. Es wurden neue Stanzbleche für jede Testanordnung verwendet. Die Untersuchungen wurde bei einer Temperatur von 25°C durchgeführt. Dieser Test simulierte sehr eng Bedingungen bei dem tatsächlichen Einführen der Keile in Generatorstatoren. Sowohl der phenolgetränkte aromatische Polyamidkeil wie auch der epoxygetränkte Glastuchkeil wurden durch die Testanordnungen hindurchbewegt, wobei das Eisen über 1000 Zyklen in Eingriff genommen wurde. Es wurden Eisenablagerungen auf den berührenden Oberflächen des aus epoxygetränktem Glastuch bestehenden Keiles gefunden. Der mit Phenol getränkte aromatische Polyamidkeil schien weniger Einfluß auf die Blechschnitte zu haben und wies keinerlei nennenswerte Eisenablagerungen auf den berührenden Oberflächen auf. Der Keil aus phenolgetränktem aromatischen Polyamid zeigte viel stärkere Abnutzung. Mikroskopbilder, die von den Blechschnitten einer jeden Testanordnung mittels eines Abtastelektronenmikroskops hergestellt wurden, wurden untersucht und die Stanzkanten im Kontakt mit dem phenolgetränkten aromatischen Polyamid zeigten viel geringere Abnutzung als die Stanzkanten, die sich im Kontakt mit dem Keil aus epoxygetränktem Glastuch befanden. Wasserabsorptionsteste wurden gemäß dem US-Standard ASTM D-570 durchgeführt, bei welchem Test Proben 24 Stunden lang in Wasser mit einer Temperatur von 25°C eingetaucht werden. Es ergaben sich die sehr guten Werte von 1,1% Wasserabsorption, bezogen auf das Gewicht für den phenolgetränkten, aromatischen Polyamid und epoxygetränkten Glastuchkeil.

Die Nutenkeile aus mit phenolgetränktem aromatischen Polyamid umkleideten epoxygetränkten Glastuch, die gemäß der obigen Beschreibung hergestellt wurden, wurden in Längen von etwa 15 cm getestet, und zwar als Statorwicklungskeilsystem in den Schlitzen eines Stators eines großen zweipoligen Dampfturbinengenerators von 20 kV und 669 MW, wobei sich außerordentlich gute Resultate ergaben. Die Nutenkeile ließen sich leicht in die Nuten eintreiben, beschädigten nicht die Eisenkantenlaminierungen, die sie berührten, wodurch die magnetische Integrität der Statorkernanordnung sichergestellt wurde. Die Nutenkeile hielten auch den Radialdruck auf die Wicklungen aufrecht und hielten die gepreßten Wicklungen eng an Ort und Stelle, um so eine Vibration zu verhindern.

Claims (9)

1. Mit Eisen in Eingriff tretender Nutenkeil zur Anordnung in den Zähnen von Wicklungsnuten einer elektrischen Maschine, wobei der Nutenkeil (6) einen Glasfaserkern (20) umfaßt, der mit einem ausgehärteten wärmeaushärtbarem Harz imprägniert ist und auf zumindest zwei Seiten (26, 27) mit einer umkleidenden Schicht (31) bedeckt ist, die mit einem ausgehärteten wärmeaushärtbaren Harz imprägniert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die umkleidende Schicht aus einer Matte aus aromatischen Polyamidfasern besteht und daß der Glasfaserkern (20) in flachgepreßter Spiralform vorliegt, eine Dicke von mindestens 5 mm aufweist und mit 40 bis 60 Gew.-% ausgehärtetem Epoxyharz imprägniert ist.

2. Nutenkeil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die umkleidende Schicht (31) die mit dem Eisen in Eingriff tretenden Seiten (26, 27) des Nutenkeiles (6) bedeckt.

3. Nutenkeil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkleidungsschicht (31) eine einzige Schicht in nicht gewebter Form darstellt und daß das Dickenverhältnis von Glasfaserkern zu Umkleidungsschicht von 10 : 1 bis 100 : 1 reicht.

4. Nutenkeil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkleidungsschicht (31) eine Dicke von 0,13 bis 0,64 mm aufweist und eine zu 70 bis 95% poröse Matrix bildet, die mit einem ausgehärteten Epoxyharz oder Phenolharz imprägniert ist.

5. Nutenkeil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das aromatische Polyamid im wesentlichen aus einem Poly-(phenylennaphthalamid) mit 90 bis 100%iger Nachgiebigkeit gegenüber Kompaktierung besteht.

6. Nutenkeil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Poly-phenylenphthalalmid eine Zugfestigkeit von mehr als 170 N pro mm² besitzt.

7. Nutenkeil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das aromatische Polyamid aus Poly-(phenylennaphthalamid) besteht.

8. Nutenkeil nach Anspruch 4, 5, 6, oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Harzimprägnierungsmittel für die Umkleidungsschicht ein Phenolharz ist.

9. Verwendung der Nutenkeile (6) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 bei einem Stator einer elektrischen Maschine, welcher Stator zahlreiche Wicklungsnuten mit einer Vielzahl von Nutenkeilen aufweist.