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Wicklung für elektrische Maschinen
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Wicklung für elektrische Maschinen Bei einem großen Teil von Wicklungen
für rotierende elektrische Maschinen sind die Spulen gleichmäßig in den Ständer-oder
Läufernuten verteilt. Dies gilt insbesondere für mehrphasige Drehstromwicklungen.
Aus wicklungstechnischen Gründen ist es oft erforderlich, Spulenteile unterschiedlicher
Phase in einer Ständernut (z.B. bei Zweischichtwicklungen) unterzubringen. Außerhalb
der Nuten, also im Wickelkopfbereich, ist es dann erforderlich, zwischen Spulen
unterschiedlicher Phasen eine Trennisolierung vorzusehen. Man spricht dann auch
von der Spulen- oder Phasentrennisolation. Sowohl bei von Hand eingelegten als auch
bei maschinell eingezogenen Wicklungen muß die Phasentrennisolation in Form geeigneter
Flächenisolierstoffe zwischen die Spulen verschiedener Phase eingeschoben werden.
Dies kann mit automatischen oder mit maschinellen Einrichtungen nicht ausgeführt
werden. Es ist dazu eine entsprechende kostenungünstige Handarbeit erforderlich.
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Bei innenbelüfteten Elektromotoren sind die isolierten Wickelköpfe
dem Kühlluftstrom ausgesetzt. Dadurch werden Feuchtigkeit und sonstige in der Luft
befindliche Partikel auf die Spulenoberfläche und auch auf die Oberfläche der Phasentrennisolation
abgelagert. Es können unter entsprechenden
ungünstigen Verhältnissen
Kriechwege für die Ausbildung von Kriechströmen entstehen. Dadurch sind schon sehr
viele Schadensfälle innerhalb der Isolierung der Wickelköpfe elektrischer Maschinen
ausgelöst worden. Zudem muß berücksichtigt werden, daß sich die Wickelköpfe und
die darin enthaltene Isolation stark erwärmen bzw. einer bereits vorgewärmten Kühlluft
ausgesetzt sind. Die für die Drahtisolierung verwendeten Isolierlacke sowie die
Isolierlacke und -harze für die Tränkung spalten bei Erwärmung und bei der Anwesenheit
von Feuchtigkeit Produkte ab, die Elektrolyte erzeugen und damit Kriechwege bilden
können Begünstigt wird die Kriechwegbildung durch die vorher erwähnte hohe Erwärmung
verschiedener Wicklungsteile. Auch die in der Kühlluft enthaltenen chemischen Reagenzien
können zu der Ausbildung von Kriechwegen und damit zur Herabsetzung der Kriechstromfestigkeit
der Spulen- und Phasentrennisolierung führen.
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Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, die Oberfläche der Spulen
im Wickelkopf gleichmäßig zu beschichten und damit eine gut isolierende Trennschicht
zwischen spannungsführenden Teilen unterschiedlicher Phase zu erreichen und die
Kriechstromfestigkeit zu erhöhen. Falls dies durch geeignete Tauch- oder Gießmassen
möglich ist, erspart man sich das Einschieben von Spulen bzw. Phasentrennisolationen,
die aus hochwertigen Flächenisolierstoffen bestehen. Für solche Tauch- und Gießmassen
bieten sich siliziumorganische unter dem Handelsnamen "m-Polymere" Elastomermassen
an. Es handelt sich hierbei um ein organomodifiziertes bei Raumtemperatur härtbares
Siliconkautschukmaterial. Dieser Siliconkautschuk enthält anstelle von mineralischen
Fullstoffen einen großen Teil organischer stäbchenförmiger Copolymere auf der Basis
Styrol-Butylacrylat in feinster dispersionsartiger Verteilung. Dieser Siliconkautschuk
kann als Vergußmasse, als
Tauchmasse und als Streichmasse ähnlich
wie bei den seit Jahren bekannten Si-liconkautschuktypen verwendet und verarbeitet
werden. Bei der Anwendung als Zwischenisolation für Wickelköpfe elektrischer Maschinen
ist es zusätzlich erforderlich, einen entsprechenden Abstand zwischen den Einzel
spulen durch den Einbau und die Fixierung von Distanzstücken vorzusehen. Es ist
auch denkbar, entsprechend vorgeformte Zwischenlagenisolationen als Abstandshalter
zu verwenden und ähnlich wie Phasentrennisolationen zwischen zwei Spulen einzuschieben.
Wenn nun sämtliche außerhalb des Blechpaketes liegenden Teile der Wicklung mit einer
gleichmäßigen Schicht von m-Polymeren überzogen werden, so ist wegen der sehr guten
elektrischen Eigenschaften der m-Polymere eine zusätzliche Trennisolierung in Form
von mehrschichtigen Flächenisolierstoffen nicht erforderlich.
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Im Gegenteil der Uberzug schützt auch die Wicklung gegen Feuchtigkeit,
Wasserdampf und sonstige Umgebungs- und Klimaeinflüsse.
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Die m-Polymere können nun wie folgt auf die Wickelköpfe oder als Zwischenisolation
aufgebracht werden: 1. Durch Tauchen in m-Polymertauchmassen 2. Durch Vergießen
der Wickelköpfe mit m-Polymervergußmassen.
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Für beide Methoden ist es erforderlich, eine möglichst gute Haftung
der m-Polymere auf der Oberfläche der Wickelköpfe und der Isolationswerkstoffe der
Wicklung zu erzielen. Das gleiche gilt auch für die Oberfläche der Dynamobleche
des Ständerblechpaketes und für die Lackdrahtoberfläche der Spulen und der Wicklung
selbst. Dafür können zwei verschiedene Arten von Haftvermittlern vorgesehen werden.
Eine Haftvermittlertype enthält siliziumorganische Verbindungen aus
der
Gruppe der Siliconharze in verschiedenen Lösungsmittelkombinationen. Die andere
Gruppe kommt aus dem Bereich der siliziumorganischen Elastomere, wobei man aus einem
Zweikomponentensystem nur eine Komponente als Haftvermittler verwendet. Sie kann
in die Gruppe der Siliconkautschukdispersionen eingereiht werden. Beide Haftvermittler
können im Tauch- oder Spritzverfahren auf die Wicklung bzw. die übrigen Tbile des
bewickelten Ständerblechpaketes aufgebracht werden. Wenn diese Haftvermittler mit
den m-Polymertauch-oder Vergußmassen in Berührung kommen, wird eine sehr gute bis
hervorragende Haftfestigkeit dieser Massen auf den Wicklungs- und Blechteilen des
bewickelten Ständerblechpaketes erzielt. Diese Haftfestigkeit wird auch durch äußere
Einflüsse, z.B. Temperatur oder Feuchtigkeit, sowie durch entsprechende Wechselbeanspruchungen
nicht herabgesetzt.
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Falls für das Vergießen vorgeformte bzw. angepaßte Schablonen verwendet
werden, müssen als Trennmittel gegenüber den m-Polymeren Seifenlösungen, Vaseline
oder eine Beschichtung mit Teflon (Polytetrafluoräthylen) vorgesehen werden.
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An zwei Beispielen wird die Erfindung näher erläutert: Beispiel 1:
Ein mit einer Drehstromwicklung bewickeltes Ständerblechpaket erhält vor der Bandagierung
der Wickelköpfe Distanzstücke oder Abstandshalter zwischen den einzelnen Spulen,
wobei die Distanzstücke mit in die Bandagierung der Wicklung einbezogen werden.
Dieses Ständerblechpaket mit Wicklung wird, wie normal üblich, in einem Isoliertränklack
oder -harz getränkt und diese Tränkung einem erforderlichen Trocknungs- oder Einbrennvorgang
unterworfen. Beide Wickelköpfe werden dann in zylindrischen dem Außendurchmesser
des
jeweiligen Wickelkopfes angepaßten Gefäßen in einer 1-Komponententauchmasse
der m-Polymere getaucht. Der Tauchvorgang soll etwa 10 s dauern. Durch diesen einmaligen
Tauchvorgang erzielt man auf allen Teilen dauerelastische, relativ harte Uberzüge
mit einer Dicke von cy. 0,4 mm. Durch die strukturviskose Einstellung ist die Herstellung
eines homogenen Tauchüberzuges ohne Tropfen- und Tränenbildung und eine gleichmäßige
Beschichtung an den Kanten und Ecken gewährleistet. Die nach dem Tauchvorgang durch
Einwirkung der Luftfeuchtigkeit bei Raumtemperatur gebildeten überzüge ergeben eine
Schutzschicht für die Wicklung, die sich durch nachstehende Eigenschaften auszeichnen:
hohe Shorehärte stark wasserabweisend und keine Wasserdampfdurchlässigkeit hohe
Weiterreißfestigkeit optimale elektrische Isolierwerte.
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Durch das Verdunsten des Lösungsmittels der m-Polymer-Tauchmasse schrumpft
diese Masse auf alle Teile der Wicklung auf und bildet einen fest sitzenden Ueberzug.
Vorher müssen alle Teile des bewickelten Ständerblechpaketes mit den zuvor erwähnten
Haftvermittlern durch Tauchen oder Aufsprühen beschichtet werden. Es ist auch möglich,
der m-Polymertauchmasse die in Frage kommenden Haftvermittler in bestimmtem Verhältnis
zuzumischen. Dann ist jeweils nur ein Tauch- bzw. Beschichtungsvorgang erforderlich.
Das im Haftvermittler enthaltene Lösungsmittel reinigt zugleich die Oberfläche der
zu beschichtenden Teile von Fett oder sonstigen Schmutzresten.
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Beispiel 2: Ein wie im Beispiel 1 beschriebenes bewickeltes Ständerblechpaket
wird auf beiden Wickelkopfseiten mit einer m-Polymer-Gießmasse vergossen. Dazu werden
2 zylindrische Schablonen vorbereitet, dieeinerseits den äußeren Umfang des Wickelkopfes
umfassen, andererseits den Durchmesser der Ständerpaketbohrung besitzen und in letzterer
fixiert werden. Die Oberflächen dieser Schablonen werden mit den vorher erwähnten
Trennmitteln beschichtet. Die Abdichtung erfolgt mit m-Polymer-Streichmassen. Dann
werden die Hohlräume zwischen beiden zylindrischen Schablonen mit m-Polymer-Gießmassen
vergossen. Es wird dazu eine relativ niederviskose Gießmasse ines 2-Komponentensystems
mit einem Härter verwendet. Der Verarbeitungsspielraum (Topfzeit) kann durch Anwendung
von zwei in den Vernetzungsgeschwindigkeiten verschiedener Härter in Abhängigkeit
der angewendeten Konzentrationen den jeweiligen Bedürfnissen angepaßt werden.
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Die vernetzte Gießmasse ist ein mechanisch festes Elastomer mit einer
Shorehärte A von etwa 75 bis 80. Um eine gute Haftfestigkeit der m-Polymer-Gießmassen
auf allen Teilen der Wicklung und des Ständerblechpaketes zu erzielen, ist es genauso
wie bei Beispiel 1 erforderlich, alle mit der Gießmasse in Berührung kommenden Teile
mit den eingangs erwähnten Haftvermittlern zu beschichten. Die Schablonen werden
nach dem Gießvorgang und nach dem Vernetzen der Gießmasse entfernt.
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Mit dem Tauchen und Vergießen von m-Polymer-Tauch- und Gießmassen
kann man Spulen- und Zwischenlagenisolationen erzeugen, die besonders gute elektrische
Eigenschaften besitzen und eine hohe Kriechstromfestigkeit gewährleisten.
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Desgleichenwird eine hohe mechanische Festigkeit und ein entsprechender
Verbund der Spulen- und Wicklungsteile erzielt. Vermischt man die m-Polymertauch-
bzw. Gießmasse
mit einer Grundierung, deren chemische Basis organische
Bestandteile ähnlich den Bestandteilen der m-Polymere sind und die in polaren Lösungsmitteln
gelöst sind im Verhältnis 1:1, so erzielt man einerseits ein sehr gutes Eindringvermögen
der Mischung in die Hohl- und Zwischenräume der Wicklungsteile und der Spulen und
erreicht andererseits eine gute Durchtränkung der Spulen und Wicklungsteile und
eine entsprechende mechanische Verbackung, so daß man auf eine Tränkung der eingelegten
Wicklung vor der Tauchung oder vor dem Vergießen verzichten kann.
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Die Tränkung und Imprägnierung von Wicklungen elektrischer Maschinen
kleinerer und mittlerer Leistung (ca. bis 15 kW in der 4-poligen Auslegung, synchrone
Drehzahl 1500 1/Min) erfolgt in modernen Fertigungsbetrieben in Durchlauftränkanlagen.
Diese Anlagen verbrauchen sehr viel Energie, da das Tränkharz über längere Zeit
bei relativ hohen Temperaturen getrocknet und eingebrannt werden muß. Andererseits
belasten diese Tränkanlagen die Umwelt sehr stark, da zur Aufrechterhaltung bzw.
Einstellung der Tränkharzviskosität relativ häufiggnßere Styrolanteile dem Tränkharz
zugesetzt werden müssen.
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Aufgrund des Erfindungsgedankens ist es jetzt möglich, für die Imprägnierung
und Tränkung der Wicklungen organomodifizierte Gießmassen einzusetzen und diese
Gießmassen im Verhältnis 1:1 mit Haftvermittlern zu vermischen. Es könnten sämtliche
Einrichtungen für das Einbrennen der Tränklacke in den Durchlauftränkanlagen entfernt
und damit erhebliche Energieeinsparungen erzielt werden. Desgleichen wird eine beträchtliche
Entlastung der Umwelt eintreten, falls man Durchlauftränkanlagen auf die Tränkung
und Beschichtung mit organomodifizierten Gießmassen nach dem Erfindungsgedanken
umstellen würde.