DE4334959C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Beschichtung einer elektromagnetischen Spule (z.B. Statorwicklung) - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Beschichtung einer elektromagnetischen Spule (z.B. Statorwicklung)Info
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Description
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Beschichten einer elektroma
gnetischen Spule mit einem isolierenden katalysierten Harz
und dabei auch auf die Beschichtung der Statorwicklung
eines elektrischen Motors mit einem isolierenden kataly
sierten Harz bei relativ niedrigen Temperaturen.
Bei der Herstellung von elektrischen Motoren, insbesonde
re von Drei-Phasen-Wechselstrom ("a.c.")-Elektromotoren wer
den Statorspulen in und durch einen laminierten Eisenkern
gewickelt um einen bewickelten Statorkern zu herzustel
len. Konventionell werden solche bewickelten Statorkerne
mit einem Lackmaterial (d. h. es enthält eine Lösungsmit
tel) beschichtet, das die Kupferdrähte der Statorspule
gegeneinander, vom Eisen des Statorkerns und vom Motorge
häuse isoliert. Zusätzlich stabilisiert das Lackmaterial
die Drähte in den Statorspulen mechanisch, indem es die
Drähte miteinander und mit dem Statorkern verbindet, so
daß Vibrationen des Motors beim Gebrauch nicht dazu füh
ren, daß die Drähte vibrieren und ihre Lackisolierung
durchscheuern und dabei einen Kurzschluß in den Stator
wicklungen erzeugen.
Konventionell werden die Statorspulen eines bewickelten
Statorkerns mit einem flüssigen Lack, wie einem mit Lö
sungsmittel verdünntem wärmehärtbaren Polyimid-, Poly
ester- oder Epoxidmaterial beschichtet. Die bewickelten
Statorkerne werden herkömmlich in eine Wanne, die den
Lack in flüssiger Form enthält, getaucht. Nachdem der ge
samte bewickelte Statorkern in der Wanne in den Lack ge
taucht wurde, werden die bewickelten Statorkerne wieder
herausgenommen und bei einer Temperatur über 148,9°C
(300°F) getrocknet, um die Lösungsmittel zu verflüchtigen
und den Lack auszuhärten. Typischerweise muß der bewic
kelte Statorkern mehrmals eingetaucht und getrocknet wer
den, um einen ausreichenden Auftrag von Lackmaterial, der
angemessene Isolierung und mechanische Stabilität der
Drähte
in der Statorspule sicherstellt, zu gewährleisten.
Ein herkömmliches Verfahren zur Beschichtung von Stator
spulen eines gewickelten Statorkerns durch Eintauchen und
Trocknen weist verschiedene miteinander verknüpfte Nach
teile auf. Der Trockenprozeß findet bei sehr hoher Tempe
ratur, typischerweise bei mehr als 148,9°C (300°F), und
über einen Zeitraum statt, der lang genug ist, daß der
gesamte bewickelte Statorkern die volle Trockentemperatur
erreicht. Als Folge davon müssen die bewickelten Stator
kerne nach dem letzten Trockenzyklus abkühlen, bevor eine
weitere Montage unter Verwendung des bewickelten Stator
kerns erfolgen kann. Das Tauch- und Trockenverfahren
führt zu einer Beschichtung, die im allgemeinen gleichmä
ßig dick auf allen exponierten Oberflächen ist, ein
schließlich der inneren Oberflächen des laminierten Ei
senstatorkerns. Der Tauch- und Trockenprozeß erlaubt je
doch nicht eine unterschiedlich dicke Auftragung des ge
härteten Lacks an kritischen Stellen der bewickelten Sta
torspule, wie auf den Oberflächen neben den scharfen Kan
ten der Schlitze im Statorkern.
Wie oben erwähnt, resultiert das herkömmliche Tauch- und
Trockenverfahren in einer vollständig gehärteten Be
schichtung aus Lack auf allen exponierten Oberflächen,
einschließlich der Innenseite des laminierten Eisensta
torkerns. Wegen des geringen Unterschieds zwischen dem
Innendurchmesser des Eisenstatorkerns und dem Außendurch
messer des Rotors des Motors ist es notwendig, Lackmate
rial von der Innenseite des Statorkerns zu entfernen
durch manuelles Abbürsten und Abkratzen des Lackmaterials
von der Innenseite des laminierten Eisenstatorkerns. Die
Folge diese Abbürstens und Abkratzens ist ein Staub, der
feine Partikel des Lackmaterials enthält und eine Gesund
heits- und Umweltgefährdung darstellt und daher spezielle
Schutzkleidung und Abzugsmethoden erfordert. Das Trocknen
des Lacks setzt des weiteren flüchtige organische Verbin
dungen frei, die eine zusätzliche Gesundheits- und Um
weltgefährdung darstellen. Um diese Gesundheits- und Um
weltprobleme zu bewältigen, ist es notwendig, das Tauch- und
Trockenverfahren in einer speziellen isolierten Ein
richtung außerhalb der übrigen Montagestraße durchzufüh
ren. Die Notwendigkeit einer speziellen "off-line" Einrich
tung zum Eintauchen und Trocknen resultiert in einem ge
trennt arbeitenden "off-line" Verfahren zur Beschich
tung. Die spezielle isolierte Einrichtung außerhalb der
eigentlichen Montagestraße zur Bewältigung der Umwelt
probleme erhöht notwendigerweise die Produktionskosten
der Elektromotoren.
Aus Lutz, K.-H.: "Das Träufelverfahren" in: ETZ-B-Bd. 18
(1966) H. 1, Seite 8-11, ist ein Verfahren und eine Vor
richtung zum Imprägnieren von Wicklungen von Elektromoto
ren bekannt. Dabei wird das zu imprägnierende Teil auf
Träufeltemperatur gebracht, das kalte Imprägniermittel
aufgetragen und danach bei Härtungstemperatur in einem
Ofen ausgehärtet. In Preuss, E.: "Verbacken im System"
in: Elektrotechnik 60, H. 6, 31. März 1978, S. 43 bis 49,
ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verfestigen
der Wicklung elektrischer Maschinen beschrieben. In Träu
felanlagen werden Anker und Statoren mit Träufelharz be
träufelt, wobei auf speziellen Aufnahmen die Werkstücke
eine Vorwärm-, Träufel-, Gelier- und Härtungszone durch
laufen. Die Beheizung kann durch Wicklungserwärmung oder
Infrarotstrahler erfolgen.
Die DE 29 27 866 C2 beschreibt ein Verfahren zum Verbacken
von Spulen mit thermoplastischer Kunststoffummantelung,
wobei zur Erwärmung der Spule ein zeitlich begrenzter
Stromstoß mit konstanter Spannung durch die Spule ge
schickt wird. Wesentlich ist hierbei, daß durch die Spule
mehrere Heizstromimpulse unter gleichzeitiger Überwachung
der Temperatur der Spule geschickt werden, so daß die
Spule beliebig lange in dem für sie optimalen Temperatur
bereich ausgebacken werden kann.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Beschichten einer elek
tromagnetischen Spule, insbesondere von Statorwicklungen
für Elektromotoren, mit einem lösungsmittelfreien isolie
rendem katalysierten Harz bei Temperaturen, die im Ver
gleich zu den bei dem herkömmlichen Tauch- und Trocken
verfahren zum Beschichten der Statorspulen mit Lack benö
tigten Temperaturen relativ niedrig sind, bereitzustel
len, wobei eine kontrollierte Beschichtung möglich ist.
Dabei ist es möglich, daß die Vorrichtung und
das Verfahren keine flüchtigen organischen Verbindungen
oder gefährlichen Staub verursachen.
Diese Aufgaben wird durch die Vorrichtung
gemäß Anspruch 15 und das Verfahren gemäß Anspruch 1 ge
löst.
Die elektromagnetischen Spulen, insbesondere Sta
torspulen, werden hierbei mit einem katalysierten Harz,
das ein Zweikomponenten-System darstellt und ein Epoxy
harz und einen Katalysator enthält, beschichtet. Bei
Raumtemperatur ist das katalysierte Harz eine viskose
Flüssigkeit und erhärtet in dünnen Filmen nicht schnell.
Bei einer ersten erhöhten und gehaltenen Temperatur (un
gefähr 60°C (140°F)) ist das katalysierte Harz eine frei
fließenden Flüssigkeit. Bei einer zweiten erhöhten und
gehaltenen Temperatur (ungefähr 76°C (170°F)) beginnt
das katalysierte Harz schnell auszuhärten, und es wird
Wärme frei, die die Härtung des katalysierten Harzes wei
ter unterstützt.
Das Epoxyharz wird ungefähr auf die erste Temperatur er
hitzt, das Harz und der Katalysator werden einzeln einer
Misch- und Verteilungsdüse oder Düsen, die über dem zu
beschichtenden bewickelten Statorkern angebracht sind,
zugeführt. Die Statorspulen werden mittels eines elektri
schen Stroms in den Statorspulen auf die erste Temperatur
vorgeheizt. Wenn die Statorspulen die erste Temperatur
erreicht haben, beginnen die Düsen, ein vorbestimmtes Vo
lumen des katalysierten Harzes in Form einer frei flie
ßenden Flüssigkeit auf den Statorspulen des bewickelten
Statorkerns zu verteilen. Während das flüssige kataly
sierte Harz verteilt wird, wird der bewickelte Statorkern
in Bezug auf die Verteilungsdüsen bewegt, um zu gewähr
leisten, daß das flüssige katalysierte Harz gleichmäßig
auf die Statorspulen aufgetragen wird. Während das flüs
sige katalysierte Harz auf den Statorspulen verteilt
wird, durchzieht und durchfließt das flüssige katalysier
te Harz die Statorspulen, um in die Zwischenräume der
Statorspulen einzudringen und diese auszufüllen. Sobald
das passende Volumen von flüssigem katalysierten Harz
mittels der Düsen verteilt wurde, kann eine Verweilzeit
vorgesehen werden, um sicherzustellen, daß das flüssige
katalysierte Harz in die Statorspulen eingedrungen ist.
Wenn die eventuelle Verweilzeit beendet ist, wird der
Strom in den Statorspulen gesteigert, um die Temperatur
der Statorspulen bis auf die zweite Temperatur, bei der
das katalysierte Harz schnell auszuhärten beginnt, zu er
höhen. Sobald das Aushärten begonnen hat, wird das kata
lysierte Harz extrem viskos. Der Härtungsprozeß ist exo
therm, was die Temperatur der Statorspulen weiter erhöht
und die Aushärtung des katalysierten Harzes weitertreibt.
Wenn die Statorspulen eine dritte vorbestimmte Temperatur
erreicht haben (ungefähr 101°C (215°F)), wird der
Strom von den Statorspulen abgeschaltet, und man überläßt
den gewickelten Statorkern sich selbst, um als Ergebnis
der exothermen Wärme, die bei dem Härtungsvorgang produ
ziert wird, fertig auszuhärten.
Wegen der Struktur des bewickelten Statorkerns
und da die Temperaturen im Vergleich zum Trockenprozeß im
Stand der Technik relativ niedrig sind, kann der be
schichtete und ausgehärtete bewickelte Statorkern direkt
nachdem der Strom von der Statorwicklung abgeschaltet
ist, manuell gehandhabt werden. Durch Selbsterhitzung der
Statorwicklung erhitzt sich der Statorkern aus Eisen mit
seiner großen Masse nicht genauso schnell wie die Kupfer
drähte, und nachdem der Strom von den Statorwicklungen
abgeschaltet ist, wirken die aus dem Statorkern herausra
genden Kupferdrähte als Abstrahler, um die Wärme schnell
in die Atmosphäre abzuleiten.
Weiterhin produziert das verwendete,
flüssige, katalysierte Harz während der Härtung keine
flüchtigen organischen Verbindungen. Außerdem kann jegli
ches flüssige katalysierte Harzmaterial, das auf die In
nenseite des Statorkern verschüttet wird, einfach ohne
irgendeine besondere Handhabe oder Vorsichtsmaßnahme ab
gewischt werden, da der Statorkern aus Eisen während des
Beschichtungsvorgangs nicht die Härtungstemperatur des
flüssigen katalysierten Harzes erreicht. Da keine spe
ziellen Maßnahmen zur Verhinderung einer Umweltbelastung
notwendig sind, besteht keine Notwendigkeit, die Be
schichtungsvorrichtung oder den Beschichtungsprozeß von
der Montagestraße zu isolieren, Infolgedessen kann der
Beschichtungsvorgang der vorliegenden Erfindung konti
nuierlich und "on-line" durchgeführt werden.
Da die Düsen und der bewickelte Statorkern gegeneinander
bewegbar sind, kann das flüssige katalysierte Harz aufge
bracht werden, wo es gewünscht wird, um eine in einem Be
reich dickere und in einem anderen Bereich dünnere
Schicht zu schaffen. Durch Variation des Volumens an ver
teiltem flüssigem katalysiertem Harz, durch Variation der
Zeitdauer, in der das flüssige katalysierte Harz verteilt
wird und durch Variation des Ortes der Verteilung des
flüssigen katalysierten Harzes, kann die Beschichtung der
Statorwicklungen auf optimale Beschichtung abgestimmt
werden.
Unter dem gleichen Aspekt kann man sich vorstellen, daß
sich solch ein Verfahren zur Steuerung mittels Computer
anbietet. Durch einfaches Umprogrammieren oder Änderung
der Parameter der Computersteuerung kann das Verfahren
auf eine beliebige Zahl von bewickelten Statorkernaus
führungen und anderen elektromagnetischen Spulenausfüh
rungen angepaßt werden.
Die Erfindung wird anhand der Figuren erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm, das eine
Vorrichtung zum Beschichten der Statorwicklungen eines
bewickelten Statorkerns mit einem isolierenden
katalysiertem Harz gemäß vorliegender Erfindung zeigt.
Fig. 2 ist eine Seitenansicht der Vorrichtung,
welche die Vorrichtung in einer anfängli
chen Kernbeladungsstellung und einer endgültigen Kernent
ladungsstellung zeigt.
Fig. 3 zeigt die Vorrichtung von Fig. 2 in einer ersten
Beschichtungsstellung, in der die Achse des bewickelten
Statorkerns um einen ersten Winkel von ca. 10 Grad aus
der Vertikalen gekippt ist.
Fig. 4 zeigt die gleiche Vorrichtung wie Fig. 2 in ei
ner zweiten Beschichtungsstellung in der die Achse des
bewickelten Statorkerns um einen zweiten Winkel von ca.
30 Grad aus der Vertikalen gekippt ist.
Fig. 5 bis 11 zeigen die relativen Orientierungen zwi
schen den Düsen zur Verteilung des katalysierten Harzes
und den Statorwicklungen des bewickelten Statorkerns wäh
rend des Beschichtungsvorgangs.
In Fig. 1 ist eine Beschichtungsvorrichtung 10 zum Be
schichten der Statorwicklungen 14 eines bewickelten Sta
torkerns 12 mit einem isolierenden katalysierten Harz ent
sprechend der vorliegenden Erfindung gezeigt.
Fig. 5 zeigt die Einzelheiten des bewickelten Stator
kerns 12. Im speziellen hat der bewickelte Statorkern 12
eine geometrische Achse 48 und weist einen laminierten
Eisenkern 13 und Statorwicklungen 14 auf. Der Eisenkern
13 hat eine Reihe von inneren sich axial erstreckenden
Schlitzen 184. Jeder Schlitz 184 ist mit einem isolieren
den Papier, das axial von beiden Enden des Eisenkerns 13
hervorsteht, ausgekleidet. Die Bereiche zwischen den
Schlitzen und dem hervorstehenden isolierenden Papier be
zeichnet man als Fenster 15. Kupferdrähte 11 sind durch
die Schlitze gewickelt, um die Statorspulen oder Stator
wicklungen 14 auszubilden. Die Statorwicklungen 14 ragen
axial über beide Enden des Eisenkerns 13 hinaus, um unte
re Spulenköpfe 174 und obere Spulenköpfe 176 auszubilden.
Leitungsdrähte 146 sind mit den Statorwicklungen 14 ver
bunden und gehen vom den unteren Spulenköpfen 174 aus.
Isolierendes Papier, bezeichnet als oberer Steg
182, ist in jeden Schlitz auf der Oberseite der
Statorwicklungen 14 eingelegt.
Gemäß den Fig. 1 und 2 weist die Beschichtungsvorrichtung
10 eine Haltevorrichtung 16 zum Halten des bewickelten
Statorkerns 12, ein Ausgabesystem 18 für das katalysierte
Harz zum Verteilen des flüssigen katalysierten Harzes auf
den Statorwicklungen 14 des bewickelten Statorkerns 12,
einen Wärmesensor 20 zur Bestimmung der Temperatur der
Statorwicklungen und eine Regelung 22 zur Kontrolle des
Vorgangs, die Statorwicklungen 14 des bewickelten Stator
kerns 12 mit dem isolierendem katalysierten Harz zu be
schichten, auf.
Ebenfalls gemäß den Fig. 1 und 2 weist die Haltevorrich
tung 16 einen Tragtisch 24 auf, auf dem ein Kipptisch 28
mittels eines Kipplagers 26 montiert ist.
Der Kipptisch 28 kann aus einer in Fig. 2 gezeigten ho
rizontalen Stellung (Achse 40 ist horizontal) in die in
den Fig. 3 und 4 gezeigten Stellungen mittels eines
Kippzylinders 30, der mit einem Tragteil 32 des Tragti
sches 24 drehbar verankert ist, gekippt werden. Der Kipp
tisch 28 trägt Gleitringe 34 und einen Rotationsantrieb
36. Der Rotationsantrieb 36 ist mit dem Kerntragebügel
38, der um die Achse 40 des Rotationsantriebs 36 rotiert
verbunden. Der Bügel 38 hat Arme 42 und 44, und ein dreh
barer Halter 46 ist an den Enden der Arme 42 und 44 ange
bracht. Der drehbare Halter 46 ist angepaßt, um den be
wickelten Statorkern 12 an dem Bügel zu befestigen. Wenn
der bewickelte Statorkern 12 mittels des drehbaren Hal
ters 46 an dem Kerntragebügel 38 befestigt ist, ist die
Achse 48 des bewickelten Statorkerns mit der Achse 40 des
Rotationsantriebs 36 in einer geraden Linie. Der drehbare
Halter 46 umfaßt außerdem einen Antrieb 50 für den Halter
46; der Antrieb 50 kippt den bewickelten Statorkern 12 in
dem Bügel 38 um. Ein Tropfschutz 52, welcher unterhalb
des Bügels 38 angebracht und an diesem befestigt ist,
fängt jegliches flüssige Harzmaterial, das eventuell wäh
rend des Beschichtungsvorgangs von dem bewickelten Sta
torkerns 12 tropft, auf.
Das Ausgabesystem für das katalysierte Harz weist einen
ersten Mischkopf 54 mit einer ersten Düse 56 und einen
zweiten Mischkopf 58 mit einer zweiten Düse 60 auf. In
Fig. 2 sind die Mischköpfe 54 und 58 auf dem Tragtisch 24
mittels eines festen vertikalen Trägers 62, eines beweg
lichen vertikalen Trägers 64, eines festen ersten hori
zontalen Trägers 66 und eines beweglichen ersten horizon
talen Trägers 68 für den ersten Mischkopf 54 und eines
festen zweiten horizontalen Trägers 70 und eines bewegli
chen zweiten horizontalen Trägers 72 für den zweiten
Mischkopf 58 angebracht. Eine vertikale Verstellschrau
benspindel 74 hebt und senkt den vertikalen Träger 64, und
dadurch die Mischköpfe 54 und 58. Eine erste horizontale
Verstellschraubenspindel 76 bewegt den beweglichen ersten
horizontalen Träger 68 horizontal, um dadurch den ersten
Mischkopf 54 und die Verteilerdüse 56 zu positionieren.
Entsprechend bewegt eine zweite horizontale Verstell
schraubenspindel 78 den zweiten beweglichen horizontalen
Träger 72 horizontal, um den Mischkopf 58 und die Vertei
lerdüse 60 zu positionieren.
Zusätzlich ist ein Infrarotwärmesensor 20 mit dem zweiten
Mischkopf 58 mittels Träger 80 verbunden. Der Infrarot
wärmesensor 20 ist konventionell gestaltet und kommer
ziell erhältlich. Der Wärmesensor 20 nimmt die Temperatur
der Statorwicklungen 4 des bewickelten Statorkerns 12
aus berührungslos auf und liefert ein elektrisches Signal,
das dem Regler 22 über eine Rückkopplungsleitung 82 die
Temperatur anzeigt (Fig. 1).
In Fig. 1 weist das Ausgabesystem 18 für das katalysierte
Harz ein erstes Dosierpumpensystem 84 auf, das das Harz
und die Katalysatorkomponente des katalysierten Harzes
von den Vorratsbehältern (nicht gezeigt) zu dem Mischkopf
54 durch eine erste beheizte Hohlleitung 86 für das Harz
und eine erste Katalysatorhohlleitung 96 für den Kataly
sator pumpt. Die Hohlleitungen 86 und 96 können etwa Roh
re oder Schläuche sein. Der erste beheizte Schlauch 86
wird durch eine erste Heizquelle 88 geheizt. Das zweite
Dosierpumpensystem 90 pumpt ebenso das Harz und die Kata
lysatorkomponenten des katalysierten Harzes von den Vor
ratsbehältern (nicht gezeigt) zu dem Mischkopf 58 durch
einen zweiten beheizten Schlauch 92 für das Harz und ei
nen zweiten Katalysatorschlauch 98 für den Katalysator.
Der zweite beheizte Schlauch 92 wird mittels einer zwei
ten Heizquelle 94 beheizt. Der Katalysator und das Harz
werden mittels der statischen Mischköpfe 54 und 58 ge
mischt. Die Flußrate von Harz und Katalysator an den
Mischköpfen 54 und 58 wird durch den Regler 22 über Regellei
tungen 158 und 160 zu den Dosierpumpensystemen 84 bzw. 90
geregelt. Die Flußrate von Harz und Katalysator können
nach Bedürfnissen des Beschichtungsverfahrens variiert
werden. Die Durchflußrate wird mit der Geschwindigkeit
des Antriebsmotors (nicht gezeigt), der in dem Dosierpum
pensystem Getriebepumpen mit voreingestellter Übersetzung
(nicht gezeigt) antreibt, geregelt. Das
Verhältnis von Harz zu Katalysator wird durch die vorein
gestellte Übersetzung der Getriebepumpen in den Dosier
pumpensystemen 84 und 90 bestimmt. Die Pumpen, die in den
Dosierpumpensystemen verwendet werden, sind ebenfalls kommerziell
erhältlich, genauso wie die Antriebsmotoren.
Für das katalysierte Harz, das in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung
verwendet wird und im Detail später beschrieben ist,
liegt das bevorzugte Verhältnis von Harz zu Katalysator
bei 100 : 7. In Verbindung mit der vorliegenden Erfindung
können auch andere Verhältnisse von Harz zu Katalysator
eingesetzt werden.
Der Regler 22 enthält einen serienmäßigen Digitalcomputer
101 und eine programmierbare Verknüpfungsregler- bzw. Steuerung,
der durch sein analoges und digitales Ein-Ausgabe-In
terface den Betrieb des Beschichtungsapparates 10 re
gelt. Insbesondere regelt die Steuerung
das Heizspulenmodul 102 über die Leitung 104, das
Düsenvertikalmodul 106 über die Leitung 108, das erste
Düsenhorizontalmodul 110 über die Leitung 112, das zweite
Düsenhorizontalmodul 114 über die Leitung 116, das erste
Pumpenmodul 118 über die Leitung 120, das zweite Pumpen
modul 122 über die Leitung 124, das Umdrehungsgeschwin
digkeitsmodul 126 über die Leistung 128, das Statorkern
kippmodul 130 über die Leitung
132, das Kippmodul 134 über die Leitung 136 und das Heiz
schlauchmodul 166 über die Leitung 168. Zusätzlich em
pfängt die Steuerung Temperaturinformationen über die Rück
kopplungsleitung 82 von dem Temperatursensor 20. An jedem
gewickelten Statorkern 12 ist als Informationsgeber ein Mikrochip befestigt,
der verschiedene Daten enthält, die sich auf verschiedene
Parameter des gewickelten Statorkerns wie Rahmengröße,
Dimensionen, Anzahl der Schlitze, Drahtgröße und Anzahl
von Drähten pro Schlitz und auch andere Informationen
über den gewickelten Statorkern 12 beziehen. Die auf dem
Mikrochip gespeicherte Information wird von einem Trans
mitter (nicht gezeigt) übertragen und von einem Receiver
138 über die Antenne 139 empfangen. Der Computer 101 emp
fängt diese sich auf den gewickelten Statorkern 12 bezie
henden Daten von dem Receiver 138 über die Leitung 140.
Unter der Gesamtregelung der Steuerung sendet jedes einzel
ne der Module Regelsignale an den Beschichtungsapparat 10
zur Regelung des Verfahrens aus. Insbesondere sendet das
Heizmodul 102 über die Leitungen 142 Strom an die Gleit
ringe 34 aus. Von den Gleitringen 34 wird der Strom in
den Leitungen 142 auf die Leitungen 144 weitergeleitet,
die wiederum mit den Leitungen 146 der Statorspule 14
verbunden sind. Auf diese Weise wird durch die Regelung
der Steuerung Strom auf die Statorspulen 14 über die Lei
tungen 146 gegeben, um die Statorspulen 14 zu erhitzen.
Weiterhin, wenn die Steuerung das Statorkernkippmodul 130
anweist, den gewickelten Statorkern umzukippen, gibt das
Statorkernkippmodul 130 ein Regelsignal auf die Leitung
148, die über Gleitringe 34 und Leitung 150 mit einem An
trieb 50 für den Halter 46 verbunden ist. Das Signal aus
dem Statorkernkippmodul 130 veranlaßt den Antrieb 50, den
gewickelten Statorkern innerhalb des Tragbügels 38 umzu
kippen.
Die Steuerung regelt ebenfalls die vertikalen und horizon
talen Positionen der Düsen 56 und 60 durch ein erstes Dü
senhorizontalmodul 110, ein zweites Düsenhorizontalmodul
114 und ein Düsenvertikalmodul 106. Das erste Düsenhori
zontalmodul 110 ist mit einer ersten horizontalen Ver
stellschraubenspindel 76 über eine Regelleitung 152 ver
bunden. In gleicher Weise ist das zweite Düsenhorizontal
modul 114 mit einer zweiten horizontalen Verstellschrau
benspindel 78 über die Regelleitung 154 verbunden. Das
Düsenvertikalmodul 106 ist mit der vertikalen Verstell
schraubenspindel 74 über die Regelleitung 156 verbunden.
Auf die Regelleitungen 152, 154 und 156 gegebene Regel
signale positionieren die Düsen 56 und 60 in eine gemein
same vertikale Position und in individuelle horizontale
Positionen. Die Steuerung regelt das erste Dosierpumpensy
stem 84 durch Regelsignale auf die Regelleitung 158 von
dem ersten Pumpmodul 118. In gleicher Weise regelt sie
das zweite Dosierpumpensystem 90 durch Regelsig
nale auf die Regelleitung 160 von dem zweiten Pumpmodul
122.
Der Rotationsantrieb 36 wird von dem Rotationsgeschwin
digkeitsmodul 126 über die Regelleitung 162 geregelt, und
der Kippzylinder 30 wird von dem Kippwinkelmodul 134 über
die Regelleitung 164 geregelt.
Bei der Ausführung der Erfindung zur Beschichtung der Sta
torspulen 14 des gewickelten Statorkerns 12 mit einem
isolierenden, katalysatorhaltigen Harzmaterial ist es
notwendig, zunächst einige Regelparameter des Beschich
tungsprozesses zu bestimmen. Insbesondere ist es nötig,
ein katalysatorhaltiges Harzmaterial auszuwählen, das bei
einer relativ niedrigen Temperatur gegossen werden kann
und eine ausreichend lange Zeit in flüssiger Form bleibt,
um die Statorspulen vor Beginn des Härtungsprozesses zu
durchdringen. Bevorzugterweise ist das katalysatorhaltige
Harzmaterial, das zur Beschichtung von Statorspulen 14
nach der vorliegenden Erfindung benutzt wird, ein Zwei
komponentensystem, wobei eine Komponente ein Epoxyharz
und die andere Komponente ein Katalysator ist, der das
Härten des Epoxyharzes gewährleistet. Die bevorzugte
Harzkomponente ist ein modifiziertes Diglyceridether-Harz
von Bisphenol A.
Der bevorzugte Kataly
sator ist ein flüssiger, chemisch modifizierter Aminkom
plex von Bortrifluorid. Andere kataly
satorhaltige Harzmaterialien mit ähnlichen Eigenschaften
können benutzt werden.
Das Harz und der Katalysator werden voneinander getrennt
aufbewahrt, bis sie in den Mischköpfen 54 und 58 mitein
ander vermischt werden, kurz vor dem Verteilen des kata
lysierten Harzmaterials auf die Statorspulen. Wie oben
dargelegt, wurde gefunden, daß das bevorzugte Verhältnis
von Harz : Katalysator 100 : 7 ist, obwohl andere Ver
hältnisse in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung
ebenfalls benutzt werden können.
Bei einer ersten Temperatur von ungefähr 60°C (140°F) ist
das ausgewählte katalysatorhaltige Harzmaterial eine
freifließende Flüssigkeit mit einer Viskosität von weni
ger als 1000 Centipoises (cps) und vorzugsweise weniger
als 200 cps. Als freifließende Flüssigkeit bei einer
moderaten Temperatur von ungefähr 60°C (140°F) kann das
katalysatorhaltige Harzmaterial frei auf die Statorspulen
verteilt werden, kann an den Spulen entlanglaufen und sie
aufgrund von Kriecheffekten und Gravitation durchdringen.
Ebenso ist bei dieser ersten Temperatur von ungefähr 60°C
(140°F) der Katalysator nicht sehr aktiviert, wodurch der
Härtungsprozeß nur mit einer sehr langsamen Geschwindig
keit verläuft, wodurch genügend Zeit zur Verteilung des
katalysatorhaltigen Harzmaterials und dessen Eindringen
in die Statorspulen des gewickelten Statorkerns ver
bleibt.
In Zusammenhang mit dem ausgewählten katalysierten Harz
material, das nach der vorliegenden Erfindung benutzt
wird, ist es wichtig zu erwähnen, daß Erhitzen des kata
lysatorhaltigen Harzmaterials auf eine zweite Temperatur
von ungefähr 76°C (170°F) die Katalysatorreaktion "an
springen" läßt, wodurch der Härtungsvorgang mit einer ho
hen Geschwindigkeit verläuft. Der Härtungsprozeß des ka
talysierten Harzmaterials ist eine exotherme Reaktion.
Dadurch, nach Anspringen der Reaktion durch Erhitzen der
Statorspulen auf ungefähr 76°C (170°F), beschleunigt
die von dem Härtungsprozeß erzeugte Wärme den Härtungs
vorgang und bringt ihn zu Ende, ohne daß ein zusätzliches
Erhitzen des katalysatorhaltigen Harzmaterials notwendig
ist.
Zusätzlich zu den Verarbeitungscharakteristiken des kata
lysatorhaltigen Harzmaterials kann das Verfahren des Ver
teilens des katalysatorhaltigen Harzmaterials auf den
Statorspulen so angepaßt werden, daß es mit einer Viel
zahl verschiedener gewickelter Statorkerne für verschie
dene Motorgeometrien funktioniert. In dieser Hinsicht
werden das Volumen, die Flußrate und das Plazieren des
flüssigen katalysierten Harzmaterials, das auf den Sta
torspulen verteilt wird, von dem Computer 101 berechnet.
Das Volumen des katalysatorhaltigen Harzmaterials wird
durch Berechnung des gesamten Hohlraumvolumens, in der
Statorspule für jede Ausführung des gewickelten Stator
kerns bestimmt. Im einzelnen wird der Computer 101 mit
den Daten einer Tabelle gefüttert (siehe Tabelle 2), die
eine Anzahl von Daten enthält, die die physikalischen Ei
genschaften des gewickelten Statorkerns beschreiben. Die
Daten sind in Tabelle I aufgeführt und enthalten im
einzelnen:
Tabelle 2 gibt typische Beispiele für die oben angegebe
nen Faktoren, z. B. einen zweipoligen 180 Motorkörper (180
motor frame). Der Ausdruck "180 frame" bezieht sich auf
die Größe des Motors und ist in Übereinstimmung mit der
Standardpraxis der National Electrical Manufacturers
Association (NEMA).
K1 | 1.12 |
K2 | .6 |
GD | 4.125 |
P1 | .4 |
P2 | .25 |
P3 | 13 |
P5 | 1 |
P6 | 1 |
P7 | 30 |
P8 | 18 |
Z1 | 36 |
Z2 | 42 |
WA | 20 |
T1 | 24 |
Der Computer 101 kann aus den Daten der Tabelle 2, mit
denen er gefüttert wurde und aus zusätzlichen Parametern,
die sich auf einem an dem gewickelten Statorkern ange
brachten Mikrochip befinden, von dem Empfänger bzw. Receiver 138 gelesen
werden, und das Volumen des
benötigten katalysierten Harzmaterials berechnen. Insbe
sondere enthält die Information von dem an dem gewickel
ten Statorkern angebrachten Mikrochip die Rahmengröße,
die Kernlänge (CL), die Schlitztiefe (SD), die Anzahl von
Leitungsdrähten pro Schlitz, multipliziert mit dem qua
drierten Durchmesser jedes Leiters pro Schlitz (ND2), die
Anzahl der Schlitze (no. slots), und den Abstand zwischen
zwei Schlitzen (SP). Aus der Information von dem Mikro
chip und aus den Faktoren in der Computer Memory (Tabelle
2), kann die Menge des katalysatorhaltigen Harzmaterials,
die für einen bestimmten gewickelten Statorkern benötigt
wird, wie folgt berechnet werden:
Totalvolumen (TV) = Spulenkopfvolumen + Schlitzvolumen +
Fenstervolumen.
Um das Gesamtvolumen zu berechnen, berechnet der Computer
101 zuerst die durchschnittliche Länge des Leitungsdrah
tes in den Spulenköpfen (MLC):
MLC = K1 × 3,14 × (GD + (SD/2)) × (SP+1)/Anzahl Schlitze.
Aus der Durchschnittslänge des Leiters (MLC), wird das
für die Spulenköpfe benötigte Volumen wie folgt berech
net:
Spulenkopfvolumen = MLC × Anzahl Schlitze × 16,39 × ND2 × P1.
Der Wert "16,39" ist ein Umrechnungsfaktor zum Umrechnen
des Resultats in Kubikzentimeter (cm3).
Die Berechnung der Menge an benötigtem katalysiertem
Harzmaterial in den Schlitzen wird wie folgt durchge
führt:
Schlitzvolumen = (CL+K2) × ND2 × Anzahl Schlitze × 16,39 × P2.
Die Menge an katalysatorhaltigem Harzmaterial, die nötig
ist, um die Fensterbereiche zwischen den Statorspulen in
den Spulenköpfen zu beschichten, wird empirisch bestimmt
und hängt von der Motorkörper- bzw. Rahmengröße ab. Ein Beispiel für ein
Fenstervolumen ist wie folgt:
180 Rahmengröße = 40 cm3.
Nach der Bestimmung der für einen bestimmten gewickelten
Statorkern notwendigen Menge an katalysatorhaltigem Harz
material berechnet der Computer 101 als nächstes die
Flußzeiten für die Verteilung bei verschiedenen Positio
nen, an denen sich die Düsen befinden können. Die Flußra
ten (FR) basieren auf der Rahmengröße und werden angege
ben in cm3/Umdrehung des gewickelten Statorkerns bei 10
Umdrehungen pro Minute. Ein Beispiel ist:
180 Rahmengröße = 5 cm3/Umdrehung.
Durch Experimente wurde bestimmt, daß 10 Umdrehungen pro
Minute unter Benutzung zweier Verteilerdüsen, die um 180°
versetzt voneinander angebracht sind, günstig sind. Die
Umdrehungsgeschwindigkeit dagegen kann zwischen etwa 5
Umdrehungen pro Minute bis 15 Umdrehungen pro Minute für
ein Zwei-Düsen-System variieren.
Zur Bestimmung der Verweilzeit der Düsen auf der jeweili
gen Position während des Verteilens oder den Positions
sprung der Düsen während des Gießens, berechnet der Com
puter 101 die Anzahl der Umdrehungen (X) bei 10 Umdrehun
gen pro Minute, die für die verschiedenen Positionen der
Düsen während des Verteilens notwendig sind, nach der
folgenden Gleichung:
X = ((TV/FR) - P3)/4 bei 10 Umdrehungen pro Minute.
Aus der Anzahl der Umdrehungen (X) kann der Computer die
Verweilzeit (J1) für die erste Düse und die Verweilzeit
(J2) für die zweite Düse während des ersten Gießvorgangs
des katalysatorhaltigen Harzmaterials auf den gewickelten
Statorkern in der in Fig. 5 gezeigten Position vor einem
Positionssprung berechnen. Die Verweilzeit der Düsen bei
der in Fig. 5 gezeigten Position vor einem Positions
sprung berechnet sich wie folgt:
J1 = ((X × P5) auf ganze Zahlen gerundet) × 6
J2 = ((X × P6) auf ganze Zahlen gerundet) × 6.
J2 = ((X × P6) auf ganze Zahlen gerundet) × 6.
In diesem Fall sind P5 und P6 "1", so daß kein Positions
sprung stattfindet, und J1 und J2 sind beide gleich A, wo
bei:
A = (X auf ganze Zahlen gerundet) × 6.
Somit gießen die Düsen während des ersten Gießvorgangs
mit dem gewickelten Statorkern und Düsen in den in Fig. 5
gezeigten Positionen während einer Verweilzeit von
A = J1 = J2.
Für den zweiten Gießvorgang mit dem gewickelten Stator
kern in der in den Fig. 6-8 gezeigten Position sind die
Verweilzeiten der Düsen bis zum jeweiligen Positions
sprung wie folgt:
Für den dritten Gießvorgang mit dem Statorkern in der in
den Fig. 9-11 gezeigten Position berechnen sich die Ver
weilzeiten der Düsen bis zum jeweiligen Positionssprung
wie folgt:
Wie man bei der detaillierten Beschreibung des Betriebs
des Beschichtungsapparats 10 sehen wird, werden die Er
gebnisse der Rechnungen von dem Computer 101 zu der Steuerung
übertragen, so daß diese den Beschichtungsappa
rat 10 veranlassen kann, die geeignete Menge des kataly
sierten Harzmaterials für jede Position der Düsen während
des Beschichtungsprozesses zu verteilen.
Der Beschichtungsprozeß bei vorliegender Erfindung
läßt sich am besten unter Zuhilfenahme der Fig. 1, 2, 3,
und 4 verstehen. Der gewickelte Statorkern 12, der in
Fig. 2 in einer Phantomdarstellung gezeigt ist, wird von
einer Palette 172 an dem Kerntragebügel 38 angebracht.
Die Achse 48 des gewickelten Statorkerns 12 ist während
des Anbringens horizontal ausgerichtet. Nach dem Fixieren
des gewickelten Statorkerns 12 durch den drehbaren Halter
46 des Bügels 38 wird der Kippzylinder 30 von der Steuerung
aktiviert und bringt den gewickelten Statorkern 12 in die
in den Fig. 3 und 5 gezeigte Position, und die Steuerung
befiehlt dem Drehgeschwindigkeitsmodul 126, die Rotation
des Bügels 38 und des gewickelten Statorkerns 12 zu be
ginnen. Insbesondere ist die Achse 48 des Statorkerns 12
um einen Winkel von ungefähr 10° aus der Vertikalen her
ausgedreht, obwohl Winkel zwischen 5 und 15° als akzepta
bel gelten.
Vor und während des Anbringens des gewickelten Stator
kerns auf dem Trägerbügel 38 berechnet der Computer 101
das Volumen des katalysierten Harzmaterials und die Ver
weilzeit, wie oben erklärt, n überträgt die Ergebnisse
über die Leitung 141 auf die Steuerung. Zusätzlich sind die
Harzzuleitungsschläuche 86 und 92 auf die erste Tempera
tur von ungefähr 60°C (140°F) vorgeheizt worden.
Wenn der gewickelte Statorkern 12, wie in Fig. 5 gezeigt,
ausgerichtet worden ist, d. h. mit den Drähten 146 herab
hängend von den unteren Spulenköpfen 174, werden die Dü
sen 56 und 60 mit Hilfe der vertikalen Verstellschrauben
spindel 74 in Richtung auf den gewickelten Statorkern ab
gesenkt. Die Düse 56 ist von der horizontalen Verstell
schraubenspindel 76 horizontal so angebracht, daß, wenn
der Strom aus katalysiertem Harzmaterial 178 verteilt
wird, das katalysierte Harzmaterial die oberen Spulenköp
fe 176 ungefähr im Zentrum der Spulenköpfe, axial von der
Achse 48 gemessen, berührt. In gleicher Weise ist die Dü
se 60 mit der horizontalen Verstellschraubenspindel 78 so
angebracht, daß, wenn der Strom aus katalysiertem Harzma
terial 180 verteilt wird, das katalysierte Harzmaterial
die oberen Spulenköpfe 176 ungefähr im Zentrum der Spu
lenköpfe, axial gemessen von der Achse 48, berührt.
Wenn die Düsen 56 und 60, wie in Fig. 5 gezeigt, ange
bracht sind und der gewickelte Statorkern um seine Achse
48 rotiert, befiehlt die Steuerung dem Heizkernmodul 102,
einen Wechselstrom einer Frequenz von 25-50 Hz durch die
Gleitringe 34 auf die Statorspulen 40 anzulegen, um sie
auf die erste Temperatur zu erhitzen (ungefähr 60°C
(140°F)). Der Wechselstrom induziert Vibrationen in den
Spulen, wodurch die Wanderung des katalysierten Harzmate
rials in die Zwischenräume der Statorspulen beschleunigt
wird. Die Frequenz des Wechselstroms wird so ausgewählt,
daß die angesprochene Wanderung beschleunigt wird, ohne
das katalysierte Harzmaterial von den Statorspulen abzu
vibrieren.
Der Wärmesensor 20 überwacht die Temperatur der Spulen
köpfe 176, und wenn die ersten Temperatur von ungefähr 60°C
(140°F) erreicht ist, aktiviert die Steuerung die Dosierpum
pensysteme 84 und 90, die mit den Pumpen von Harz und Ka
talysator zu den Düsen 56 bzw. 60 für die erste Gießse
quenz beginnen. Zusätzlich befiehlt die Steuerung dem Heiz
kernmodul 102, den Strom in den Statorspulen 14 auf einem
Niveau zu halten, das zur Beibehaltung der ersten Tempe
ratur notwendig ist, während das katalysierte Harzmate
rial von den Düsen 56 und 60 verteilt wird.
Nachdem die vorgegebene Verweilzeit (J1 = J2 = A) ver
strichen ist, während der die Düsen 56 und 60 katalysa
torhaltiges Harzmaterial auf das Zentrum der Spulenköpfe
176 der Statorspulen, wie in Fig. 5 gezeigt, verteilt ha
ben, stoppt die Steuerung die Dosierpumpensysteme 84 und
90, und die Mischköpfe 54 und 58 werden angehoben. Die
Steuerung befiehlt dann dem Kippzylinder 30, den gewickel
ten Statorkern um ungefähr 30° aus der Vertikalen zu kip
pen, wie in Fig. 6 gezeigt. Winkel zwischen ungefähr 25
und 35° werden als akzeptabel betrachtet. Nachdem der ge
wickelte Statorkern in die geeignete Position gekippt
wurde, werden die Düsen 56 und 60 abgesenkt und in die in
Fig. 6 gezeigte Position gebracht, so daß der Strom aus
katalysiertem Harzmaterial 178 aus der Düse 56 die obere
innere Ecke der Spulenköpfe 176 und der Strom aus kataly
siertem Harzmaterial 180 aus der Düse 50 die obere äußere
Ecke der Spulenköpfe 176 berührt. Wenn die Düsen 56 und
60, wie in Fig. 6 gezeigt, ausgerichtet sind, befiehlt
die Steuerung den Dosierpumpen 84 und 90, die zweite Gieß
sequenz unter Verteilung katalysierten Harzmaterials auf
die Spulenköpfe 176 zu beginnen.
Nach Verstreichen der vorgegebenen Verweilzeiten (J3 für
Düse 56 und J4 für Düse 60), werden die Düsen 56 und 60
horizontal auf die in Fig. 7 gezeigten Positionen bewegt.
In Fig. 7 ist gezeigt, wie der Strom aus katalysiertem
Harzmaterial 178 auf den Spulenköpfen 176 auf einem Punkt
radial etwas außerhalb der Ecke des oberen Steges 182
auftrifft, und der Strom aus katalysiertem Harzmaterial
180 trifft auf die oberen Spulenköpfe 176 in dem
Punkt ein, in dem die Spulenköpfe 176 in den Eisenkern 13
eintreten. Das Verteilen des katalysierten Harzmaterials
setzt sich fort, während der gewickelte Statorkern um
seine Achse 48 rotiert.
Am Ende der zweiten Verweilzeit (J9 für Düse 56), die von
dem Computer 101 berechnet wurde, wird die Düse 56 auf
die in Fig. 8 gezeigte Position weiterbewegt. Die Düse 60
bleibt in der in Fig. 7 gezeigten Position. Die Düse 56
wird nach dem Positionssprung so ausgerichtet, daß der
Strom aus katalysiertem Harzmaterial 178 auf dem oberen
Steg gerade oberhalb der Spitze der Eisenspule 13
auftrifft. In dieser Position sichert die Düse 56 eine zu
sätzliche Beschichtung in der kritischen Zone, in der der
obere Steg die Schlitze 184 überragt.
Das Verteilen des katalysierten Harzmaterials wird eine
weitere Verweilzeit (A - J3 - J9 für Düse 56 und A - J4
für Düse 60) fortgesetzt, die von dem Computer 101 be
rechnet wurde. Am Ende der letzten vorbestimmten Verweil
zeit befiehlt die Steuerung den Dosierpumpensystemen 84 und
90 zu stoppen und dem Antriebsmotor für den Halter 50
über das Kippwinkelmodul 134, den gewickelten Statorkern
12 umzukippen, so daß die unteren Spulenköpfe 174, von
denen die Drähte 146 abstehen, sich nun oben neben den
Düsen 56 und 60 befinden. Nachdem der gewickelte Stator
kern 12, wie in Fig. 9 gezeigt, ausgerichtet ist, werden
die Düsen 56 und 60 erneut in Richtung auf den Statorkern
in der in Fig. 9 gezeigten horizontalen Anordnung abge
senkt. In Fig. 9 wird gezeigt, wie der Strom aus kataly
siertem Harzmaterial 180 auf die unteren Spulenköpfe 174
an einem Punkt an der Außenseite der Spulenköpfe 174 ne
ben dem Kreuzungspunkt mit dem Eisenkern auftrifft, und
der Strom aus katalysiertem Harzmaterial 178 trifft auf
dem oberen Steg 182 an einem Punkt neben dem Eisenkern
auf. Nachdem die Düsen wie in Fig. 9 gezeigt, angeordnet
sind veranlaßt die Steuerung die dritte Gießsequenz, indem
es den Dosierpumpensystemen 84 und 90 befiehlt, die Ver
teilung des katalysierten Harzmaterials durch die Düsen
56 und 60 wieder aufzunehmen.
Nach dem Verstreichen einer vorgegebenen Verweilzeit (J5
für die erste Düse 56 und J6 für die Düse 60), die von
dem Computer 101 berechnet wurde, werden die Düsen 56 und
60 auf die in Fig. 10 gezeigten Positionen bewegt. In
Fig. 10 wird gezeigt, wie der Strom aus katalysiertem
Harzmaterial 178 auf die Spitze des oberen Stegs auf
trifft, und das katalysierte Harzmaterial 180 trifft
auf den unteren Spulenköpfen 174 ungefähr im Zentrum der
Außenseite der unteren Spulenköpfe 174 auf.
Nach Verstreichen einer vorgegebenen Verweilzeit (J7 für
die erste Düse 56 und J8 für die zweite Düse 60), werden
die Düsen 56 und 60 horizontal auf die in Fig 11 gezeig
ten Positionen bewegt. In Fig. 11 trifft der Strom aus
katalysiertem Harzmaterial 178 auf der oberen inneren
Ecke der unteren Spulenköpfe 174 auf und der Strom aus
katalysiertem Harzmaterial 180 trifft auf der oberen äu
ßeren Ecke der unteren Spulenköpfe 174 auf.
Nach Verstreichen einer vorgegebenen Verweilzeit
(Z1 - J5 - J7 für die erste Düse 5 und Z2 - J6 - J8 für die
zweite Düse) stoppt die Steuerung die Dosierpumpensysteme
84 und 90, und der Fluß von katalysiertem Harzmaterial
aus den Düsen 56 und 60 hört auf.
Nachdem die Düsen geschlossen wurden, kann die Steuerung
in Abhängigkeit der Größe des zu beschichteten gewickel
ten Statorkerns, einfach abwarten, während der Kern wei
terhin um seine Achse 48 rotiert, um sicherzustellen, daß
das flüssige katalysierte Harzmaterial vollständig zwi
schen die Statorspulen eingedrungen ist. Nachdem eine
solche eventuelle vorgegebene Wartezeit verstrichen ist,
befiehlt sie dem Heizkernmodul 102, zusätzlichen
Strom auf die Statorspulen 14 zu geben, um ihre Tempera
tur von der ersten Verteilungstemperatur von ungefähr
60°C (140°F) auf die zweite Härtungstemperatur von unge
fähr 76°C (170°F) zu erhöhen. Wenn sich die Wärme im
Innern der Statorspule 14 erhöht, wird das Vernetzen des
Harzes beschleunigt, und der Härtungsvorgang des kataly
sierten Harzmaterials beginnt sich zügig einzustellen.
Der Härtungsvorgang des katalysierten Harzmaterials ist
exotherm, wodurch zusätzliche Hitze in den Statorspulen
erzeugt wird. Dadurch steigt die Temperatur der Stator
spulen schnell von 76°C (170°F) auf eine dritte Tempe
ratur von ungefähr 101°C (215°F).
Bei Erreichen der Temperatur von 101°C (215°F) signalisiert der
Wärmesensor 20 die Steuerung, die gesamte Stromzufuhr zu
den Statorspulen zu unterbrechen. Zusätzlich aktiviert
sie den Kippzylinder 30, den gewickelten Stator
kern zurück in seine in Fig. 2 gezeigte horizontale Posi
tion zu bringen. Hat der gewickelte Statorkern 12 diese
horizontale Position erreicht, befiehlt sie dem
Rotationsantrieb 36 zu stoppen, und der gewickelte Sta
torkern wird von dem Trägerbügel 38 abgenommen.
Aufgrund der hohen thermischen Masse des Eisenkerns 13,
der hohen Wärmeleitfähigkeit des Kupferdrahts in den Sta
torspulen 14 und der relativ niedrigen Gieß- und Härttem
peraturen erreichen die Oberflächen an der Innenseite des
Eisenkerns keine zur Initiierung des schnellen Härtungs
vorgangs alles katalysierten Harzmaterials, das mögli
cherweise auf den Eisenkern getropft ist, ausreichenden
Temperaturen. Aus diesem Grund kann das katalysierte
Harzmaterial, das möglicherweise auf die Oberflächen an
der Innenseite des Eisenkerns 13 getropft ist, ohne Bür
sten oder Kratzen weggewischt werden. Zusätzlich bleibt
der Eisenkern ausreichend kühl, um von einem Arbeiter mit
normalen Handschuhen gehandhabt werden zu können. Nachdem
der Kern saubergewischt und auf das Montageband zurückge
legt wurde, ist er ausreichend kühl, um sofort, im Zuge
des nächsten Schrittes des Herstellungsprozesses, in das
Motorgehäuse eingesetzt werden zu können. Es wurde gefun
den, daß das Verfahren zur Beschichtung gewickelter Sta
torkerne gemäß der vorliegenden Erfindung unter online-Über
wachung durchgeführt werden kann; weiterhin ist die
Zeit, die benötigt wird vom Beschicken des Beschichtungs
apparates 10 mit dem gewickelten Statorkern bis zum Zu
rücklegen auf das Montageband und Erreichen des Zustan
des, in dem der gewickelte Statorkern weiter behandelt
und verarbeitet werden kann, nicht länger als 20 Minuten
für große gewickelte Statorkerne und nicht länger als 6
Minuten für kleine gewickelte Statorkerne.
Claims (24)
1. Verfahren zum Beschichten einer elektromagnetischen Spule
mit einem isolierenden katalysierten Harz, dessen Viskosität
und dessen Reaktionsgeschwindigkeit durch Wärme beeinflußt
werden, durch:
- (a) Fließenlassen von Strom durch die Spule, um die Spule auf eine erste Temperatur zu erhitzen, bei der das katalysierte Harz eine frei fließende Flüssigkeit ist,
- (b) Aufbringen des katalysierte Harz als frei fließende Flüs sigkeit auf die Spule;
- (c) Warten, bis das katalysierte Harz in die Spule einge drungen ist;
- (d) weiteren Strom durch die Spule fließen läßt um die Tempe ratur der Spule auf eine zweite Temperatur zu steigern und so das katalysierte Harz in der Spule ausreagieren zu lassen, und
- (e) den Stromfluß begrenzt, wenn die Spule eine dritte Tempe
ratur erreicht hat,
wobei man in Schritt (b) das katalysierte Harz auf etwa die erste Temperatur erhitzt, bevor es auf die Spule aufgebracht wird,
wobei diese erste Temperatur in Schritt (a) und (b) so gewählt ist, daß der Katalysator nicht sehr aktiviert ist, wodurch der Härtungsprozeß mit einer sehr langsamen Geschwindigkeit ver läuft und
die zweite Temperatur in Schritt (d) so gewählt ist, daß die Katalysatorreaktion anspringt, wodurch der Härtungsvorgang mit einer hohen Geschwindigkeit verläuft, um das katalysierte Harz in der Spule ausreagieren zu lassen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man
in den Verfahrensschritten (a) und (b) Wechselstrom durch die
Spule fließen läßt, um die Spule vibrieren zu lassen, was das
Eindringen des katalysierten Harzes fördert.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß man die erste Temperatur so wählt,
daß das katalysierte Harz eine Viskosität von weniger als
1000 centipoise besitzt.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man
die Temperatur der Spule mißt und den durch die Spule fließen
den Strom so regelt, daß die Spule bei der ersten Temperatur
gehalten wird, während das katalysierte Harz auf die Spule
aufgebracht wird, und der Strom begrenzt wird, wenn die Spule
die dritte Temperatur erreicht.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß man in der Stufe, in der das kata
lysierte Harz auf die Spule aufgebracht wird, das Harz mittels
einer Düse zuführt, während sich die Spule und die Düse in
bezug aufeinander bewegen, um sicherzustellen, daß das kataly
sierte Harz einheitlich auf die Spule aufgebracht wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man
bei dem Verfahrensschritt, in dem das katalysierte Harz auf
die Spule aufgebracht wird,
- (a) das Volumen der Hohlräume in der Spule berechnet und
- (b) dasselbe Volumen an katalysiertem Harz auf die Spule auf bringt.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man
in dem Verfahrensschritt, in dem man wartet, bis das kataly
sierte Harz in die Spule eingedrungen ist,
- (a) eine erste Wartezeit vorsieht, während der das katalysier te Harz der Spule zugeführt wird und
- (b) eine zweite Wartezeit vorsieht, während der kein kataly siertes Harz der Spule zugeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Summe der ersten und der zweiten Wartezeit nicht mehr als 20
Minuten beträgt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß
die zweite Wartezeit kürzer als die erste Wartezeit ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die zweite Wartezeit gleich Null ist.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Spule die
Statorwicklung eines bewickelten Statorkernes eines Elektromo
tors ist, wobei der bewickelte Statorkern eine Achse und einen
Eisenkern mit Schlitzen zur Aufnahme der Statorspulen auf
weist, die axial aus beiden Enden der Schlitze des eisernen
Statorkernes herausragen und Spulenköpfe mit Lücken zwischen
den Spulenköpfen bilden, wobei man bei der Zufuhr des kataly
sierten Harzes
- (a) den bewickelten Statorkern mit seiner Achse unter einem ersten Winkel geneigt in bezug auf die Vertikale orientiert;
- (b) die Düse mit den aus dem Statorkern herausragenden Spulen köpfen abgleicht;
- (c) den bewickelten Statorkern um seine Achse rotieren läßt und
- (d) das katalysierte Harz durch die Düse auf die Spulenköpfe aufbringt, während der bewickelte Statorkern um seine Achse rotiert.
12. Verfahren nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß ei
ne Mehrzahl von Düsen verwendet wird und man zusätzlich
- (e) die Achse des bewickelten Statorkernes unter einem zweiten Winkel in bezug auf die Vertikale neigt;
- (f) die Düsen mit den aus dem Statorkern herausragenden Spu lenköpfen abgleicht;
- (g) das katalysierte Harz durch die Düsen auf die Spulenköpfe aufbringt, während der bewickelte Statorkern um seine Achse rotiert;
- (h) die Lage der Achse auf etwa 180° verändert;
- (i) die Düsen mit den aus dem Statorkern herausragenden Spu lenköpfen abgleicht:
- (j) das katalysierte Harz durch die Düsen auf die Spulenköpfe aufbringt, während der bewickelte Statorkern um seine Achse rotiert.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
man die Achse des bewickelten Statorkernes auf einen ersten
Winkel von etwa 10°, bezogen auf die Vertikale, und auf einen
zweiten Winkel von etwa 30°, bezogen auf die Vertikale, neigt.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet, daß man in den Verfahrensschritten, in
denen man katalysiertes Harz aufbringt, die Düsen radial in
bezug auf die Achse des bewickelten Statorkernes bewegt.
15. Vorrichtung zum Beschichten einer elektromagnetischen Spu
le mit einem isolierenden katalysierten Harz, dessen Viskosi
tät und dessen Reaktionsgeschwindigkeit durch Wärme beeinflußt
werden, mit einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1-14, mit
- (a) einem System zur Zuführung und zum Aufbringen des Harzes,
enthaltend
- (i) eine an einem Rahmen angeordnete bewegliche Düse; und
- (ii) eine regelbare Pumpe für die Zuführung des katalysierten Harzes zu den Düsen über Leitungen;
- (b) einer beweglichen Haltevorrichtung zum Halten und Bewegen der Spule
- (c) einer Heizvorrichtung zum Erhitzen der Spule auf eine erste Temperatur zum Aufbringen des katalysierten Harzes aus der Düse auf die Spule und zum Erhitzen der Spule auf eine zweite Temperatur zum Ausreagieren des katalysierten Harzes in der Spule;
- (d) Regeleinrichtungen für die Regelung der Pumpe für die Zuführung des katalysierten Harzes zu der Düse, für die Rege lung der Bewegung der Düse, für die Regelung der Bewegung der Haltevorrichtung für die Spule und für die Regelung der Tempe ratur der Spule.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß
die Heizvorrichtung eine regelbare Stromquelle umfaßt, die mit
der Spule verbunden ist, um diese auf die erste und auf die
zweite Temperatur zu erhitzen.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß
die regelbare Stromquelle eine Wechselstromquelle ist, die die
Spule zum Vibrieren bringt, wodurch das Eindringen des kataly
sierten Harzes in die Spule gefördert wird.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine
Heizvorrichtung für die Leitungen zum Vorerhitzen des kataly
sierten Harzes auf etwa die erste Temperatur, bevor es auf die
Spule aufgebracht wird.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine
mit der Einrichtung zur Regelung der Temperatur der Spule ver
bundene Temperaturmeßvorrichtung zur Messung der Temperatur
der Spule, die die gemessene Temperatur der Regeleinrichtung
übermittelt, so daß diese den Strom aus der Stromquelle regeln
kann und die Spule auf der ersten Temperatur hält, wenn das
katalysierte Harz aufgebracht wird, die Spule auf die zweite
Temperatur hält, wenn das katalysierte Harz ausreagiert, und
den Strom in der Spule begrenzt, wenn die Spule eine dritte
Temperatur erreicht hat.
20. Vorrichtung nach einem der vor Ansprüche 15-19,
gekennzeichnet durch
- (a) eine Einrichtung für die Regelung der Bewegung und der Positionierung der Düse;
- (b) eine Einrichtung für die Regelung der Bewegung und der Positionierung der Haltevorrichtung für die Spule; wobei die Einrichtung für die Düse und die Einrichtung für die Haltevor richtung zusammenwirken, um die relativen Bewegungen und die Positionen der Düse und der Haltevorrichtung zu koordinieren und dadurch sicherzustellen, daß das katalysierte Harz gleich mäßig auf die Spule aufgebracht wird.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch
- (a) eine Einrichtung zur Berechnung des Volumens der Hohlräume in der Spule und
- (b) eine Einrichtung zur Mengenregelung der Pumpe zum Aufbrin gen desselben Volumens an katalysiertem Harz auf die Spule.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch eine
Einrichtung zur Festlegung von Zeiten, um eine erste Wartezeit
festzulegen, während der das katalysierte Harz auf die Spule
aufgebracht wird, sowie eine zweite Wartezeit, während der
kein katalysiertes Harz auf die Spule aufgebracht wird.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15-22, wobei die Hal
tevorrichtung gekennzeichnet ist durch
- (a) einen Bügel, verbunden mit einem Antrieb, der den Bügel um eine Rotationsachse rotieren läßt
- (b) drehbare Halter, die von dem Bügel getragen werden und den bewickelten Statorkern in der Haltevorrichtung so halten, daß die Achse des bewickelten Statorkernes mit der Rotationsachse zusammenfällt;
- (c) einen Kippantrieb, der von dem Bügel getragen wird und der den bewickelten Statorkern innerhalb des Bügels umzukippen gestattet;
- (d) eine Kippvorrichtung, um die Haltevorrichtung zwecks Posi tionierung der Achse des bewickelten Statorkernes in bezug auf die Vertikale zu kippen.
24. Vorrichtung nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch eine
Mehrzahl von Düsen anstelle nur einer Düse.
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