-
Mit Isoliermasse imprägnierter Wicklungskörper für elektrische Maschinen
und Apparate und Verfahren zu seiner Herstellung Bei Wicklungslccrpern, wie z. B.
Ankern, Induktionsspulen usw., für elektrische Maschinen und Apparate müssen die
Wicklungsdrähte dauernd gut isoliert bleiben bzw. in so festem Verband miteinander
stehen, daß Lockerungen oder Beschädigungen der isolierenden Hüllen, z. B. durch
Zentrifugalkraft oder andere mechanische Einflüsse, nicht auftreten können.
-
Bisher versuchte man, das angegebene Ziel durch Verwendung umsponnener
oder sonstwie mit isolier renden Überzügen versehener Drähte und nachträgliches
Imprägnieren der Wicklungsschichten mit Harzlösungen, wie solchen aus Schellack
oder Kunstharzen, zu erreichen. Da Harze dieser Art häufig nicht genügend temperaturbeständig
sind, d. h. bei höherer Temperatur erweichen, ferner auch gegen organische Lösungsmittel
nicht die nötige Unlöslichkeit bzw. Unquellbarkeit besitzen, ging man zur Verwendung
von härtbaren Kunstharzen, z. B. über, die zwar unlöslich und unschmelzbar, in vielen
Fällen aber zu spröde sind, um die ihnen zugewiesene Aufgabe befriedigend erfüllen
zu können.
-
Es wurde gefunden, daß@ die erwähnten Wicklungskörper auch bei schnell
laufenden Motorankern ein außerordentlich gutes Zusammenhalten der Wicklungsdrähte
bzw. eine vorzügliche Isolierung von bester Widerstandsfähigkeit gegen mechanische
Beanspruchung,
Lösungsmittel - und Öle sowie Temperaturerhöhung zeigen, wenn erfindungsgemäß die
Wicklungsdrähte in ein unschmelzbares und in organischen Lösungsmitteln unlösliches
Mischpolymerisat aus einem 1 ethacrylsäureester eines niederen Alkohols, z. B. Metliacrylsäuremethylester,
und Acrylsäurenitril bzw. 1lethaerylsäurenitril, eingebettet sind.
-
Das Mischpolymerisat kann in einem geeigneten Lösungsmittel zum Imprägnieren
eines bereits umsponnenen oder sonstwie isolierten Drahtes verwendet werden. Man
kann das Mischpolymerisat auch als Lösung in einem Gemisch aus den entsprechenden
Monomeren verwenden, wobei die endgültige Polymerisation in der Imprägnierung selbst
geschehen soll. 1Ian kann aber vorteilhafterweise von anpolymerisierten Mischungen
der Monomeren ausgehen. In den beiden letzterwähnten Fällen kann auf die Mitverwendung
der sonst in Lacken erforderlichen organischen Lösungsmittel verzichtet werden.
-
Der Imprägnierungsvorgang läßt sich z. B. so durchführen, daß man
den fertiggestellten Wicklungskörper in eine ihn völlig umgebende und m5glichst
dicht abschließende Form bringt, diese mit dem zweckmäßig vorpolymerisierten zähflüssigen
Monomeren- oder 1Ionomeren-Polvmeren-Gemisch füllt, `vorauf man die Form bis zur
Durclipolymerisierung bzw. bis zur Erreichung des unlöslichen oder unschmelzbareii
Zustandes der Isoliermasse erhitzt. Man kann aber auch so vorgehen, d:aß man den
Wicklungskörper im Wege des Tauchverfahrens oder auf andere Weise mit der betreffenden
Flüssigkeit imprägniert und alsdann die Wärmebehandlung ohne Benutzung einer besonderen
Form vornimmt, wobei die Polymerisation unter Druck im Autoklav erfolgen kann.
-
Das Mischungsverhältnis von Methacrylsäuremethy lester und Acryl-
oder Methacrylsäurenitril kann in weiten Grenzen schwanken. Günstige Ergebnisse
können z. B. unter Verwendung von 2o bis 8o Gewichtsprozent Nitril und entsprechend
8o bis 2o Gewichtsprozent Ester erhalten werden, wobei Polymerisate, die als Lösung
in einem Keton oder einem anderen geeigneten Lösungsmittel zur Verarbeitung gelangen,
Höchstens bis zu 6o Gewichtsprozent Nitril enthalten sollen. Die Polymerisation
kann z. B. derart erfolgen, daß man das Gemisch der Monomeren längere Zeit auf 5o
bis 1000 und schließlich noch einige Zeit auf ioo bis HO G erhitzt,
wobei man organische Peroxyde, wie z. B. Tetrahydronaphtlialinperoxyd, als Polymerisationskatalysatoren
vertuenden kann. Mischpolymerisate genannter Art lassen sich in einfacher Weise
durch nachträgliches Erhitzen auf i50 bis 250' vollkommen unlöslich und unschmelzbar
machen, so daß sie also den ihnen nach vorliegender Erfindung zugedachten Zweck
bestens erfüllen können.
-
Durch die günstigen Eigenschaften, wie Festigkeit und Zähigkeit der
zur Imprägnierung von Wicklungskörpern für Elektromaschinen vorgeschlagenen isolierenden-
Stoffe wird erzielt, daß Be-Schädigungen der Isolierungen an Wicklungsdrähten bzw.
Beeinträchtigungen ihres Zusammenhalten: auch bei ungünstigsten Umständen nicht
eintreten können, insbesondere sind die Wicklungskörper auch widerstandsfähig gegen
Temperatureinflüsse bzw. gegen schädliche Einwirkungen von Gasen und Flüssigkeiten,
wie organischen Lösungsmitteln, Wasser, Laugen, Säuren u. dgl. Demnach können besondere
Abdeckungen oder Schutzhüllen für dera rti it, e Wi ic 1 lungskörper in Wegfall
kommen.
-
Bei der Wärmebehandlung der gemäß der Erfindung imprägnierten Wicklungskörper
ist es nicht nötig, die Masse vollständig auszuhärten; es genügt vielmehr in der
Regel, die Erhitzung nur so lange durchzuführen, bis ein Zustand erreicht ist, bei
dem eine unerwünschte Verformung nicht mehr eintreten kann: Dieses Ergebnis läßt
sich z. B. durch zweistündiges Erhitzen auf Zoo ° erreichen. Die besonders bei kleineren
Maschinen auftretenden Betriebstemperaturen, die ioo ° und mehr betragen können,
führen mit der Zeit eine völlige Unschmelzbarkeit herbei. Durch Mitverwendung von
Sauerstoff abgebenden oder Sauerstoff übertragenden Härtungskatalysatoren, wie z.
B. Kupferpulver, Bleiglätte, Peroxyde, Perborate, Percarbonate, Permanganate oder
Chloride, wie z. B. Ferrichlorid, vorzugsweise in Mengen von o,5 bis d.°/0, Polysulfide
und fettsaure Verbindungen des Bleis bzw. der Metalle der 3. Periode, besonders
aus der i., 6., 7. und B. Gruppe des Periodischen Systems, kann die Umwandlung der
Polymerisate in unVsliche bzw. unschinelzbare Massen vorteilhaft beschleunigt werden.
-
Selbstverständlich können den Mischpolymerisaten beliebige Füllstoffe,
Farbstoffe, andere Harze oder Weichmacher zugesetzt werden, wie auch die äußere
Gestalt der betreffenden Wicklungskörper durch Verwendung besonderer Auftragsarten
oder Verformungsmethoden für die Polymerisate beliebig ausgebildet werden kann.
-
Es wurde bereits vorgeschlagen, Drähte von Wicklungskörpern in Polymethaerylsäuremethylester
einzupolymerisieren, doch wurden hierdurch einwandfreie Ergebnisse nicht erzielt,
weil solche Polymerisate trotz im allgemeinen günstiger Eigenschaften bei maximal
auftretenden Betriebstemperaturen erweichen, ferner nicht vollständig unangreifbar
gegen Treibstoffe sind. Man hat auch bereits elektrische Leiter mittels Mischpolymerisaten
aus Acrylsäureestern, Acrylnitril und Styrol zu isolieren bzw. miteinander zu verbinden
versucht, doch konnten auch hierdurch genügend wärmefeste und unangreifbare Gebilde
nicht erhalten werden. Ferner wurden schon Mischpolymerisate aus lletliaerylsäuremethylester,
Acrylnitril, Methacrylsäureester, Styrol und freier Methaerylsäure zur Isolierung
bzw. Verbindung von Wicklungsdrähten miteinander verwendet. Infolge ihres Gehaltes
an freier Säure eignen sich derartige Mischpolymerisate jedoch nicht für den gedachten
Zweck, da die Säure über kurz oder lang die Metallteile angreift. Man hat auch versucht,
durch Polymerisation von Methacrylsäureamid zusammen mit Acrylnitril und
niederen
Methacrylsäureestern Polymerisate herzustellen, die sich für den Erfindungszweck
eignen, doch ist es auch hierdurch nicht gelungen, die vorliegende Aufgabe einwandfrei
zu lösen.
-
Angesichts der zahlreichen, vorstehend beschriebenen Versuche zur
Herstellung von Mischpolymerisaten, die sich zur Einbettung der Drähte von Wicklungskörpern
für elektrische Maschinen und Apparate eignen, war es überraschend, daß man durch
verhältnismäßig geringfügige Abänderung der Zusammensetzung der Mischpolymerisate
zu Produkten gelangte, die für den gedachten Zweck ganz hervorragend geeignet, besonders
formbeständig und unangreifbar sind, daß auch bei den maximal auftretenden Betriebstemperaturen
bzw. bei der oft unvermeidlichen Einwirkung von Treibstoffen keinerlei Schäden entstehen.
-
Es war keineswegs nahehegend, derartige Mischpolymerisate zur Einbettung
der Drähte von elektrischen Wicklungskörpern zu verwenden, weil die Polymerisation
der Nitrile wesentlich schwieriger ist als jene der unvermischten Methacrylsäuremethylester.
Es war überraschend, daß es trotzdem gelang, kompakte Wicklungskörper aus den genannten
Mischpolymerisaten in Verbindung mit Wicklungsdrähten herzustellen und hierdurch
das Ziel zu erreichen, daß auch bei starker Wärmeentwicklung Formveränderungen bzw.
Sprünge, Risse usw. nicht auftreten.