DE3133734C2 - Verfahren zum Überziehen bzw. Vergießen von Wickelköpfen elektrischer Vorrichtungen sowie Anwendung zum Tränken - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überziehen von Spulen- und Wicklungsteilen elektrischer Maschinen und Apparate mit einer Schicht von flüssigen Kunststoffen, die durch ein besonderes Polymerisationsverfahren aus reaktiven Polysiloxanen (z.B. nach Pat. DT-OS 2405828) bestehen. Um die Oberfläche von Spulen im Wickelkopf gleichmäßig zu beschichten und damit eine gut isolierende Trennschicht zwischen spannungsführenden Teilen unterschiedlicher Phase zu erreichen und die Kriechstromfestigkeit zu erhöhen, wird die mit Distanzstücken oder Abstandshaltern bandagierte Wicklung mindestens 10 s in eine Tauchmasse getaucht. Zuvor werden die Teile der Wicklung und des Motorständers, die mit der Tauchmasse in Berührung kommen, mit geeigneten Haftvermittlern beschichtet oder besprüht. Nach Beendigung des Tauchverfahrens erhalten diese Teile einen sehr gute elektrische Eigenschaften besitzenden mechanisch harten Überzug, der durch die durch die Luftfeuchtigkeit verursachte Vernetzung entsteht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 2.

Die Eignung von aus reaktiven Polysiloxanen hergestellten siliciumorganischen Elastomeren zur Isolierung für elektrische und elektronische Vorrichtungen ist aus der DE-OS 24 05 828 bekannt.

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 Phasentrennisolaticn. Sowohl bei von Hand eingelegten als auch bei maschinell eingezogenen Wicklungen muß die Phasentrennisclation 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. 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 Kriechströme entstehen. Dadurch sind schon sehr viele Schadensfälle innerhalb der Isolierung der Wickelköpfe elektrischer Maschinen ausgelöst worden.

Zudem muß berücksichtigt werden, daß sich die Wikkelköpfe und die darin enthaltene Isolation stark erwärmen bzw. einer bereits vorgewärmten Kühlluft ausgesetzt sind. Die für die Drahtisolierung verwendeten Iso-

iä üerlacke sowie die Isolierlacke und -harze für die Tränkung spalten bei Erwärmung und bei der Ac Wesenheit von Feuchtigkeit Produkte ab, die Elektrolyte erzeugen und damit Kriechwege bilden können. Begünstigt wird die Kriechbewegbildung durch die vorher erwähnte hohe Erwärmung verschiedener Wickiungsteile. 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.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf einfache Weise eine gut isolierende Trennschicht zwischen spannungsführenden Teilen unterschiedlicher Phase zu erreichen und die Kriechstromfestigkeit zu erhöhen.
Die vorstehende Aufgabe wird durch die in den Kennzeichnungsteilen der Patentansprüche 1 und 2 genannten Merkmaie gelöst.

Durch das DE-GM 19 33 692 ist ein Verfahren bekanntgeworden, das darauf abzielt, einen korbförmigen, in sich abgestützten Wickelkopf bei aus Leitstäben bestehenden Rotor- oder Läufer-Wickiungen für elektrische Maschinen herzustellen und beim anschließenden Ausgießen einen Verguß ohne Lufteinschluß bzw. blasenfrei zu ermöglichen, wobei die Spulen- und Wicklungsteile der mit Distanzstücken oder Abstandshaltern bandagierten Wicklung mit dem flüssigen Kunststoff überzogen werden und nach Beendigung des Verfahrens durch die Vernetzung ein mechanisch harter Überzug erhalten wird. Die bei dem bekannten Verfahren benutzten U-förmigen Distanzstücke dienen nur dazu, den korbförmigen, in sich abgestützten Wickelkopf zu erhalten. Es ist hingegen nicht beabsichtigt, durch die Distanzierung eine Spulen- bzw. Phasenisolierung zu erreichen. Zu dem letzteren Zweck wird jine isolierende Zwischenlage in der Nähe des Läuferblechpakets aus Glashartgewebe vorgesehen. Des weiteren wird zum Isolieren und Vergießen des Wickelkopfes der Läuferwicklung ein aushärtendes Gießharz auf Epoxydharzbasis verwendet.

Demgegenüber wird erfindungsgemäß ein aus reaktiven Polysiloxanen hergestelltes siliciumorganisches Elastomer, z. B. das nach der eingangs genannten DE-OS 24 05 828 hergestellt, verwendet, das entweder im Tauchverfahren aufgebracht oder mit entsprechend geänderter Viskosität zum Vergießen der Wickelköpfe der elektrischen Maschinen verwendet wird. Gegenüber dem genannten DE-GM kann also eine besondere isolierende Zwischenlage für die Spulen- bzw. Phasenisolierung entfallen, was durch die vergleichsweise völlig andere Isoliermasse von unterschiedlicher Ausgangsbasis und unterschiedlichen Härtbedingungen erreicht wird.

In der eingangs genannten DE-OS 24 05 828 ist zwar angegeben, daß sich die nach ihr gefertigten, aus reakti-

ven Polysiloxanen hergestellten siliciumorganischen Elastomere auch gut für elektrische und elektronische Vorrichtungen eignen, doch beziehen sich alle anderen Anwendungshinweise auf wesentlich andere Verwendungsgebiete. Es geht somit aus dieser DE-OS nicht hervor, daß sie sich zur Lösung der besonderen, der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe mit besonderem Vorteil, anstelle von anderen bekannten Vergußmassen einsetzen läßt

Der bei der Erfindung vorgesehene Einsatz dieser besonderen, unter dem Handelsnamen »m-Polymere« bekannten Elastomerassen in Verbindung mit den sonstigen besonderen Verfahrensschritten nach der Erfindung erspart das Einschieben von Spulen- bzw. Phasentrennisolationen. die aus hochwertigen Flächenisolierstoffen bestehen. Bei diesen Elastomermassen handelt es sich um ein organomodifiziertes. bei Raumtemperatur härtbares Silikonkautschukmaterial. Dieser Silikonkautschuk enthält?f«stelle von mineralischen Füllstoffen einen großen Teil organischer stäbchenförmiger Copolymere auf der Basis Styrol-Butylacrylat in feinster, dispersionsartiger Verteilung. Dieser Silikonkautschuk ist als Vergußmasse, als Tauchmasse und als Streichmasse ähnlich wie bei den seit Jahren ebenfalls bekannten Silikonkautschuktypen verwend- und verarbeitbar. Bei der erfindungsgemäßen Anwendung als Zwischenisolation für Wickelköpfe elektrischer Maschinen und dergleichen wird durch Einbau und Fixierung von Distanzstükken ein entsprechender Abstand gezielt zwischen den Einzelspulen und dergleichen erreicht. Es könnte auch eine entsprechend vorgeformt?. Zwisc'-enlagenisolation als Abstandshalter ähnlich wie bei Phasentrennisolationen zwischen zwei Spulen eingescüobe; arerden. Wenn nun sämtliche außerhalb des Blechpaketes oder dergleichen liegenden Teile der Spule oder Wicklung mit einer gleichmäßigen Schicht von m-Polymeren überzogen werden, so ist wegen der sehr guten elektrischen Eigenschaften dieser Materialien eine zusätzliche Trennisolierung in Form von mehrschichtigen Flächenisolierstoffen nicht erforderlich. Der Überzug schützt im Gegenteil auch die Wicklung gegen Feuchtigkeit, Wasserdampf und sonstige Umgebungs- und Klimaeinflüsse.

Sowohl für das Tauchen gemäß Anspruch 1 als auch für das Vergießen nach Anspruch 2 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 Wicklungen selbst. Dies wird durch die im Pantentanspruch 3 genannten Merkmale erreicht. Als Haftvermittler können zwei verschiedene Typen vorgesehen werden. Eine Haftvermittlertype enthält siliciumorganische Verbindungen aus der Gruppe der Siliconharze in verschiedenen Lösungsmittelkombinationen. Die andere Gruppe kommt aus dem Bereich der siliciumorganischen 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 Teile 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 bewikkelten Ständerblechpaketes erzielt. Diese Haftfestigkeit wird auch durch äußere Einflüsse, z. B.Temperatur oder Feuchtigkeit sowie durch entsprechende Wt-chselbeanspruchungen nicht herabgesetzt. Falls für das Vergießen vorgeformte bzw. angepaßte Schablonen verwendet werden, müssen als Trennmittel gegenüber den m-PoIymeren Seifenlösungen, Vaseline oder eine Beschichtung mit Polytetrafluoräthylen vorgesehen werden.

Die Erfindung wird nachstehend an zwei Ausführungsbeispielen noch näher erläutert:

Beispiel 1

Em mit einer Drehstromwicklung bewickeltes Ständerblechpaket erhält vor der Bandagierung der Wickel- köpfe 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-Komponententauchmas.se der m-Polymere getaucht.

Der Tauchvorgang soll eiwa 10 s dauern. Durch diesen einmaligen Tauchvorgang erzielt man auf allen Teilen dauerelastische, relativ harte Oberzüge mit einer Dicke von ca. 0,4 ram. 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.

Durch das Verdunsten des Lösungsmittels der m-Polymer-Tauchmasse schrumpft diese Masse auf alle Teile der Wicklung auf und bildet einen fest sitzenden Überzug. 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

so 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. Beispiel 2

Ein wie im Beispiel 1 beschriebenes bewickeltes Standerblechpaket wird auf beiden Wickelkopfseiten mit ei ner m-Polymer-Gießmasse vergossen. Dazu werden 2 zylindrische Schablonen vorbereitet, die einerseits 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 Hohlräu-

me zwischen beiden zylindrischen Schablonen mit m-Polymer-Gießmassen vergossen. Es wird dazu eine relativ niederviskose Gießmasse eines 2-Komponentensystems mit einem Härter verwendet Der Verarbeitungsspielraum (Topfzeit) kann durch Anwendung von zwei 5 in den Vernetzungsgeschwindigkeiten verschiedener Härter in Abhängigkeit der angewendeten Konzentrationen den jeweiligen Bedürfnissen angepaßt werden. Die vernetzte Gießmasse ist ein mechanisch festes Elastomer mit einer Shohrehärte 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 Gießvorgap.g und nach dem Vernetzen der Gießmasse entfernt.

Mit dem Tauchen und Vergießen von m-Polymer-Tauch- und Gießmassen kann man Spulen- und Zwi- schenlagenisolationen erzeugen, die besonders gute elektrische Eigenschaften besitzen und eine hohe Kriechstromfestigkeit gewährleisten. Desgleichen wird 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.

Die Tränkung und Imprägnierung von Wicklungen elektrischer Maschinen kleinerer und mittlerer Leistung (ca. bis 15 kW in der 4-poligen Auslegung, synchrone Drehzahl 1500 l/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 häufig größere Styrolanteile dem Tränkharz zugesetzt werden müssen.

Aufgrund des Erfindungsgedankens ist es jetzt möglieh, 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.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Oberziehen und Isolieren von elektrischen Vorrichtungen mit einer Schicht von aus reaktiven Polysiloxanen hergestellten siliciumorganischen Elastomeren, dadurch gekennzeichnet, daß zur Isolierung von WickelköpFen elektrischer Maschinen die an den Stellen der Spulen- und Phasentrennisolierung mit Abstandshaltern versehene bandagierte Wicklung zusammen mit den zu überziehenden Teilen des bewickelten Ständerblechpakets mit geeigneten Haftvermittlern beschichtet und dann in einer Tauchmasse der siliciumorganischen Elastomere mindestens zehn Sekunden getaucht wird.

2. Verfahren zum Vergießen von elektrischen Vorrichtungen mit aus reaktiven Polysiloxanen hergestellten siliciumorganischen Elastomeren, dadurch gekennzeichnet, daß zur isolierung von Wickelköpfen elektrischer Maschinen die an den Stellen der Spulen- und Phasentrennisolierung mit Abstandshaltern versehenen, bandagierten Wickelköpfe nacheinander zur Bildung einer Fo^rm zwischen zwei zylindrischen, konzentrisch zu den Wickelköpfen angeordneten, mit Trennmittel versehenen Schablonen aus Metall oder Kunststoff gehalten werden und der Zwischenraum sodann vergossen wird.

3. Verfahren zum Tauchen von Wicklungen oder Vergießen von Wickelköpfen elektrischer Maschinen gemäß Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß die organomodifizierte Tauch- bzw. Gießmasse vor der Verarbeitung mit einer in polaren Lösungsmitteln gelösten Grundierung, welche die gleiche chemische Basis besitzt wie die Gießoder Tauchmasse, im Verhältnis 1 :1 vermischt wird.

4. Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 3 zum Tränken von Wicklungen elektrischer Maschinen kleinerer und mittlerer Leistung in Durchlauftränkanlagen.