DE680715C

DE680715C - Process for melting or sintering electrical conductors or coils in glass

Info

Publication number: DE680715C
Application number: DES128410D
Authority: DE
Inventors: Anton Lutz; Franz Zwack
Original assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Current assignee: Siemens Schuckertwerke AG; Siemens AG
Priority date: 1937-08-12
Filing date: 1937-08-12
Publication date: 1939-09-08

Description

Verfahren zum Einschmelzen oder Einsintern von elektrischen Leitern oder Spulen in Glas Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einschmelzen oder Einsintern von elektrischen Leitern oder von zu Spulen aufgewickelten Leitern in Glas.Process for melting or sintering electrical conductors or coils in glass The invention relates to a method for melting or sintering of electrical conductors or of conductors wound into coils in glass.

Erfindungsgemäß wird zum Vergießen der Drahtspule mit einem Glasschmelzfluß der unter Einfügen von Distanzstücken zur Spule aufgewickelte Draht in eine mehrteilige, mit einem herausnehmbaren Kern versehene Form gesetzt. Entsprechend dem beim Erkalten des Glaskörpers auftretenden Schwund wird die Form geöffnet und der Kern im ganzen oder in seinen einzelnen Teilen aus der Form entfernt. Die Form und gegebenenfalls auch der Kern können aus Eisen, Lehm, Ton oder Schamotte bestehen oder aus mit feuerfesten Stoffen, wie Schamotte ausgekleidetem Eisen, hergestellt werden. Die zwischen den einzelnen Spulenwindungen eingesetzten Distanzstücke sind Glasstäbe, Glasplatten, Glasstreifen oder Fäden oder Bänder aus Glaswolle, die einen höheren Schmelzpunkt haben als die Glasschmelze. Um das Haften des Glaskörpers an den Formteilen zu verhindern, empfiehlt es sich, die Formwände mit einem Anstrich aus dünnem Kalk, Lehm oder Kreidebrei zu versehen. Um eine innige Verbindung, z. B. eine dielektrisch dichte Verbindung des Glases mit dem isolierenden Leiter, z. B. aus Kupfer, Aluminium oder Eisen, zu erzielen, wird dieser vor dem Einschmelzen abgebeizt, z. B. in einem Bad aus Flußsäure, Salzsäure, Salmiakgeist oder Natriumbisulfat. Nach dem Abbeizen fördert ein Auftrag von Borax (Na2B407) die Anhaftung des Glases auf dem Leiter. Der Borax wird vorteilhaft durch Erwärmung geschmolzen und auf den Leiter aufgebracht, oder der warme Leiter, z. B. durch Stromwärme geheizt, wird durch den Borax hindurchgeführt. Man kann die Oxydation des Leiters aber auch in Luft, Wasser, Sauerstoff oder Ozon vorzugsweise bei gleichzeitiger Erwärmung vornehmen. Es hat sich herausgestellt, daß die Verbindung des Glases mit dem Leiter um so inniger ist, j e weiter die Oxydation der Leiteroberfläche vorgeschritten ist, weil alle Silikate der flüssigen Glasschmelze die Metalloxyde gierig aufnehmen oder absorbieren.According to the invention, the wire coil is cast with a glass melt flow the wire wound with the insertion of spacers to the coil into a multi-part, set with a removable core. Corresponding to that when cooling down The shrinkage that occurs in the vitreous opens the mold and the core as a whole or removed from the mold in its individual parts. The shape and if applicable The core can also consist of iron, clay, clay or fireclay or of refractory elements Fabrics, such as fireclay-lined iron, are made. The one between the Spacers used in individual coil windings are glass rods, glass plates, Glass strips or threads or ribbons of glass wool that have a higher melting point have than the molten glass. To prevent the glass body from sticking to the molded parts, it is advisable to coat the mold walls with a coat of thin lime, clay or chalk paste to provide. To establish an intimate connection, e.g. B. a dielectrically tight connection of the glass with the insulating conductor, e.g. B. made of copper, aluminum or iron, to achieve, this is stripped before melting, z. B. in a bathroom Hydrofluoric acid, hydrochloric acid, ammonia or sodium bisulfate. Promotes after stripping an application of borax (Na2B407) prevents the glass from sticking to the conductor. The borax is advantageously melted by heating and applied to the conductor, or the warm conductor, e.g. B. heated by electricity, is passed through the borax. Man the oxidation of the conductor can also be preferred in air, water, oxygen or ozone with simultaneous heating. It turned out that the connection of the glass with the conductor is all the more intimate, the further the oxidation of the conductor surface is advanced because all silicates of the liquid glass melt contain the metal oxides greedily ingest or absorb.

Um innere mechanische Spannungen im Glaskörper zu vermeiden, müssen die Kupfer-oder Aluminiumleiter vor dem Einschmelzen in Glas ausgeglüht werden. Nach dem Einschmelzen muß der die Spule enthaltende Glaskörper langsam auf die Raumtemperatur abgekühlt werden, und zwar höchstens in Sprüngen von io° zu io°. Die Abkühldauer richtet sich selbstverständlich nach der Größe des Spulenkörpers. Es empfiehlt sich, nach bekannten Vorschlägen rasch auf eine kritische Temperatur des Glases abzukühlen, dann eine Periode mit langsamer Abkühlung einzuschalten und dann wieder auf den nächsten kritischen Punkt rasch zu kühlen. Diese stufenweise Abühlung kann auch in einzelnen Bädern aus ölen, Fetten, Harzen usw., die verschiedene Temperaturen haben, erfolgen. Die verglaste Spule wird also entweder gleich von der Gießform aus in. das Bad gesetzt, oder sie wird erst im Kühlofen auf die Temperatur des heißesten Einzelbades heruntergekühlt. Daran anschließend erfolgt die Abkühlung auf Raumtemperatur in den weiteren Einzelbädern mit gestufter Temperatur. Als Badflüssigkeit kommen Mineralöle, Glyzerin, Fettgemische, Paraffin, chloriertes Naphthalin in Frage. Diese Badkühlung gibt dem Glas eine harte Oberfläche, so daß der Glaskörper vor Rißbildung geschützt ist. Außerdem werden durch die Bäder die Abkühlzeiten erheblich verkürzt.In order to avoid internal mechanical stresses in the vitreous, must the copper or aluminum conductors are annealed in glass before being melted down. After melting down, the glass body containing the coil must slowly come to room temperature be cooled down, at most in jumps from io ° to io °. The cool down period depends of course on the size of the bobbin. It is advisable, to rapidly cool the glass to a critical temperature according to known proposals, then turn on a slow cool down period and then turn it back on to cool quickly at the next critical point. This gradual cooling can also in individual baths of oils, fats, resins, etc., which have different temperatures have to take place. The glazed coil is either equal to the casting mold off in. the bath, or it is put in the cooling furnace to the temperature of the hottest Individual bath cooled down. This is followed by cooling to room temperature in the other single baths with graduated temperature. Come as bath liquid Mineral oils, glycerine, fat mixtures, paraffin, chlorinated naphthalene are possible. These Bath cooling gives the glass a hard surface, so that the glass body from cracking is protected. In addition, the baths considerably shorten the cooling times.

In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens erforderlichen Gießform dargestellt: Im wesentlichen besteht die Form aus einer etwa die Gestalt der fertig isolierten Spule aufweisenden flachen Schale, die in zwei oder mehrere Teile unterteilt ist. Die Teile i und 2 der Form sind mit Nasen 3 und 4 versehen, die durch Bolzen 5 oder Klemmen zusammengepreßt werden, so daß die Formteile dicht miteinander verbunden sind. Um auch die Ansciilußleitungen der Spule verglasen zu können, hat die Form ein rohrförmiges Ansatzstück 6. In die mittlere Bohrung 7 ist ein geteilter Kern eingesetzt. Dieser besteht aus einem keilförmigen Mittelteil 8 mit einer Handhabe g und den beiden Sektorstücken io und i i. An Stelle der Verspannung der Formteile mit an der Form angebrachten Nasen 3 und 4 lassen sich auch die Formteile durch ein herumgelegtes Metall- oder Eisenband miteinander verspannen. In Fig. 3 ist dieses Band mit 12 bezeichnet.In the figures, embodiments of the implementation of the Mold required according to the invention shown: Essentially the shape consists of a coil having approximately the shape of the finished insulated coil flat shell that is divided into two or more parts. Parts i and 2 of the mold are provided with lugs 3 and 4 which are pressed together by bolts 5 or clamps so that the molded parts are tightly connected to one another. To also the connection lines to be able to glaze the coil, has the shape of a tubular extension piece 6. In the middle hole 7 a split core is used. This consists of a wedge-shaped Middle part 8 with a handle g and the two sector pieces io and i i. Instead of the bracing of the molded parts with noses 3 and 4 attached to the mold The molded parts are also connected to one another by a metal or iron band laid around them brace. In FIG. 3, this band is designated by 12.

Das Einschmelzen der Spule geschieht nun etwa folgendermaßen: Der ausgeglühte, blanke Leiter wird auf einem Dorn unter Einlaufenlassen eines Preßspan- oder Metallstreifens aufgewickelt, so daß zwischen den Windungen der erforderliche Isolierabstand frei bleibt. Der Leiter wird abgebeizt, und die genannten Distanzstreifen werden vor oder nach dem Einsetzen der Spüle in die Form durch Distanzstücke aus Glas ersetzt. Die Distanzstücke 13 können aus kalibrierten, auf den Leiter aufgereihten Glasperlen bestehen. Den nötigen Abstand vom Boden und von den Wandteilen der Form erzielt man durch Einlegen von Glasstegen 14. Der Boden der Form kann gegebenenfalls mit Bohrungen 15 oder Aussparungen versehen sein, in die das Glas hineinläuft. Nach dem Erstarren dienen diese Ansätze als Distanzstücke zwischen benachbarten Spulen, so daß zwischen diesen innerhalb der Wicklung Kühlkanäle frei bleiben. Bei mehrreihigen Spulen sind zwischen den einzelnen Lagen ebenfalls Distanzstücke aus Glasstegen oder Glasplatten 16 in die Spule einzulegen. Zwischen den Leiterwindungen hindurchgeflochtene Glaswollebänder können alle oben angeführten Distanzstücke ersetzen.The coil is melted down as follows: The annealed, bare conductor is placed on a mandrel while running in a pressboard or metal strip wound, so that between the turns of the required Isolation distance remains free. The conductor is stripped, and the spacer strips mentioned are made by spacers before or after inserting the sink into the mold Glass replaced. The spacers 13 can be calibrated, strung on the conductor Glass beads are made. The necessary distance from the floor and from the wall parts of the form is achieved by inserting glass webs 14. The bottom of the mold can optionally be provided with holes 15 or recesses into which the glass runs. To These approaches serve as spacers between adjacent coils to solidify, so that cooling channels remain free between them within the winding. With multi-row Coils are also spacers made of glass bars between the individual layers or insert glass plates 16 into the spool. Braided between the conductor turns Glass wool tapes can replace all of the spacers listed above.

Bei der in Fig.2 dargestellten zweireihigen Spule (Doppelspule) kann das Wickeln beider Windungsreihen 17 und i8 gleichzeitig von ihnen nach außen auf einem Wickeldorn erfolgen. Vorteilhaft wird dabei der Mittelteil der Spule mit einem behelfsmäßig aufgelöteten Ansatz icg versehen, der auf dem Wickeldorn befestigt oder festgespannt wird, z. B. durch eine auf dem Ansatz angebrachte Flügelmutter. Dieser in Fig. 2 gestrichelt angedeutete Ansatz i9 kann vor dem Einschmelzen der Spule, z. B. beim Ausglühen des Leiters, wieder abgelötet und entfernt werden. Um ein Herausfließen der Glasschmelze aus der Form zu verhindern, wird das Rohrstück 6 durch eine die Spulenableitungen möglichst dicht umgreifende Manschette oder einen Blechstreifen 2o mit Ausschnitten abgeschlossen. Die in dieser Weise vorbereitete Spule wird mit der Form vorgeheizt. Die Erhitzung der Form kann elektrisch, durch Gas oder auf andere bekannte Art erfolgen. Empfehlenswert ist bei Verwendung von Eisenformen die Erwärmung mittels Wirbelstrom in den Eisenwandungen. Um Wärmeverluste zu vermeiden, empfiehlt es sich, die Form unter einer geheizten Haube zu halten, die gegebenenfalls während des Einschmelzvorganges evakuiert werden kann, um sämtliche Gas- und Lufteinschlüsse aus der Glasschmelze zu beseitigen. Das Einschmelzen selbst erfolgt in einfachster Weise durch Abstich des Glashafens und Einlaufenlassen der Schmelze in die Form.In the case of the two-row coil (double coil) shown in FIG the winding of both rows of turns 17 and 18 at the same time from them to the outside a winding mandrel. The middle part of the coil is advantageous with a A makeshift soldered attachment is provided which is attached to the winding mandrel or clamped, e.g. B. by a wing nut attached to the neck. This in Fig. 2 indicated by dashed lines approach i9 can before melting down the Coil, e.g. B. when the conductor is annealed, to be unsoldered and removed. Around The pipe section is used to prevent the molten glass from flowing out of the mold 6 by a cuff or a cuff that encompasses the coil leads as tightly as possible Sheet metal strips 2o completed with cutouts. The one prepared in this way The coil is preheated with the mold. The heating of the mold can be done electrically Gas or in any other known manner. It is recommended when using Iron forms the heating by means of eddy currents in the iron walls. About heat loss To avoid it, it is best to keep the shape under a heated Hold hood, which may be evacuated during the melting process can to remove all gas and air inclusions from the glass melt. The melting itself takes place in the simplest way by tapping the glass port and running the melt into the mold.

Beim Einsintern der Spule füllt man die die blanke Spule enthaltende Form mit Glaspulver und bringt sie auf die Sinterungstemperatur, die etwas tiefer liegt als die Schmelztemperatur des Glasflusses. Zur Vergrößerung der wärmeabgebenden Oberfläche der verglasten Spule empfiehlt sich die Anbringung oder das Angießen von Kühlrippen. Diese werden vorteilhaft in den Wandungen der Gießform ausgespart. Die Seitenwände der Form und gegebenenfalls auch die Bodenfläche werden entsprechend gewellt oder erhalten Aussparungen.When the coil is sintered in, the one containing the bare coil is filled Mold with glass powder and bring it to the sintering temperature, which is a little lower lies than the melting temperature of the glass flux. To increase the heat emitting The surface of the glazed coil is recommended to be attached or cast on of cooling fins. These are advantageously cut out in the walls of the casting mold. The side walls of the mold and possibly also the bottom surface are made accordingly corrugated or contain recesses.

Während des Abkühlvorganges muß der mehrteilige Kern gelockert werden, damit die Spule schwinden kann. Auch löst man vorteilhaft die Bandage 12 bzw. öffnet man die Formteile.The multi-part core must be loosened during the cooling process, so that the coil can shrink. The bandage 12 is also advantageously released or opened one the moldings.

Es hat sich herausgestellt, daß folgende Glasschmelzen für die Spulenisolation besondere Vorteile bieten: i Pb0, o,5o bis o"5 Si0-, 0,20 - 0,65 B_.03, o,25 - o,68 KOH. Bei Natriumbleiglas wird der K O H-Anteil ersetzt durch.: o,27 bis 0,48 Nag C 03 oder die hieraus errechneten Gewichtsanteile: 223 Pb O, 3o bis 35 Si O-, 14 - 46 B, O3, 14 - 38KOH und für Natriumbleiglas an Stelle des K O H 28 bis 51 Gewichtsanteile Na, C03.It has been found that the following glass melts are used for coil insulation offer special advantages: i Pb0, o, 5o to o "5 Si0-, 0.20 - 0.65 B_.03, o, 25 - o, 68 KOH. In the case of leaded sodium glass, the K O H portion is replaced by: 0.27 to 0.48 Nag C 03 or the weight proportions calculated from this: 223 Pb O, 3o to 35 Si O-, 14 - 46 B, O3, 14 - 38KOH and for sodium lead glass instead of the K O H 28 to 51 parts by weight Well, C03.

Durch einen geringeren Zusatz von Kalk (Ca0), z. B. i bis 3 Gewichtsprozent, werden die elektrischen Eigenschaften des Glases verbessert. Ein besseres Durchwallen erzielt man bei der Glasherstellung durch Zusatz von Salpeter (KNOs) oder (NaN03), der in die flüssige Schmelze eingeführt wird.By adding less lime (Ca0), e.g. B. i to 3 percent by weight, the electrical properties of the glass are improved. Better penetration can be achieved in glass production by adding saltpeter (KNOs) or (NaN03), which is introduced into the liquid melt.

Nachdem der Glasschmelzfluß erstarrt ist, wird die Spule aus der Form genommen, auf eine vorgewärmte Transportvorrichtung, z. B. auf eine Asbestschieferplatte, geschoben und in den Kühlofen eingesetzt. Dieser hat als erste Temperaturstufe etwa 400 bis q.50° C, für Glasschmelzen der obigen Zusammensetzung, die einen zwischen q.0o bis 6oo° liegenden Schmelzpunkt haben. Bei cmsprechender Ausbildung und Bemessung der Gießform lassen sich auch ganze Wicklungen oder Wicklungslagen oder -röhren in Glas eingießen.After the glass melt flow solidifies, the coil becomes out of shape taken on a preheated transport device, e.g. B. on an asbestos slate, pushed and inserted into the cooling furnace. This has about as the first temperature level 400 to 50 ° C, for glass melts of the above composition that have a temperature between q.0o to 600 ° melting point. With appropriate training and dimensioning Whole windings or winding layers or tubes can also be placed in the casting mold pour into glass.

Die in dieser Weise isolierten Spulen haben eine hohe elektrische Festigkeit und können ohne weiteres in Kühlwasser eingesetzt werden, so daß sie sehr belastungsfähig sind. Da die Isolation feuerbeständig ist, werden derartig verglaste Spulen mit Vorteil bei Ofentransformatoren oder in Induktionsöfen oder in Bergwerken, Pulver- und Sprengstoffwerken verwendet, um brennbare Isolierstoffe, wie Öl und Papier, zu vermeiden. Auch für die Wicklungen von Transformatoren, Drosselspulen oder elektrischen Maschinen, die in Gießereibetrieben oder in Walzwerksrollgängen arbeiten, also unter hoher Wärmebeanspruchung stehen, sind verglaste Spulen 'zu empfehlen.The coils isolated in this way have a high electrical level Strength and can easily be used in cooling water, so that they are very resilient. Since the insulation is fire resistant, such glazed coils with advantage in furnace transformers or in induction furnaces or used in mines, powder and explosives plants to remove flammable insulating materials, like oil and paper, to avoid. Also for the windings of transformers, reactors or electrical machines used in foundries or in rolling mill roller tables work, i.e. are under high thermal stress, glazed coils are closed recommend.

Claims

PATENT CLAIM: i. Method for melting down or sintering electrical conductors or coils in glass, characterized in that for potting the wire coil with a glass melt flow with the insertion of spacers for Coil of wire wound into a multi-part, removable core Form is set and when the melt flow cools after opening the form of the Core is wholly or partially removed.

2. The method according to claim i, characterized characterized in that the inner wall of the mold and the mold core are prior to being melted down the conductor with a paint preventing the glass from sticking, e.g. B. from lime or chalk paste.

3. The method according to claim i and 2, characterized in that that the conductor is placed in a bath of hydrofluoric acid or hydrochloric acid, for example, before being melted down or sodium bisulfate or the like. Is stripped. q ..

Method according to claims i to 3, characterized in that glass beads are used as spacers, their Melting points are above the pouring temperature of the glass melt.

5. Procedure according to Claims i to 4, characterized in that the melting takes place in a container or under a hood at reduced pressure (vacuum).

6. Mold for the exercise of the method according to claim i to 5, characterized in that the Form from a multi-part, with approaches or with a solvable Bandage held together shell, with a central hole in the as Cores used individual cylinder sector pieces held apart by expanding wedges are.

7. Casting mold according to claim 6, characterized in that the mold walls and optionally also the bottom of the mold are corrugated or provided with recesses. _ B. Casting mold according to claim 6 and 7, characterized in that the casting mold has a the coil leads receiving tubular approach.