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Verfahren zur Herstellung von elektrischen Isolationen Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Herstellung kompakter Spulenisolationen von hoher elektrischer
Festigkeit, die öl-, staub- und feuchtigkeitsfest sind und einen hohen Abnutzungswiderstand
haben.
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Als Umhüllungsstoffe für die Leiter von elektrischen Spulen wie auch
für die Spulen selbst werden bisher faserige Materialien, wie z. B. Baumwolle, Asbest
u. dgl., verwendet. Diese Stoffe enthalten jedoch, auch wenn sie sehr sorgfältig
getrocknet sind, immer noch geringe Mengen Feuchtigkeit, die zu elektrischen Durchschlägen
Anlaß geben. Um die faserigen Isolatoren wasserabstoßender zu machen, werden sie
bisweilen mit Asphalt, mit Lacken od. dgl. imprägniert. Die mit diesen imprägnierten
Stoffen umwickelten Spulen sind jedoch dick und der Isolationswert derartiger Spulen
gering im Verhältnis zu ihrer Dicke.
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Zur Beseitigung dieser Nachteile sind bereits Bänder aus Zelluloseacetat
oder anderen Zelluloseestern als Isolationsstoff verwendet worden, die auch schon
auf die Spulen durch eine Wärmebehandlung aufgeschrumpft wurden. Die Erwärmung erfolgte
dabei durch direkte Widerstandserhitzung der Spulen oder durch Einsetzen in eine
mit Dampf beheizte Form oder durch Hochfrequenzerwärmung. Obwohl durch diese Maßnahmen
bereits ein wesentlicher Fortschritt gegenüber den
älteren Verfahren
erzielt werden konnte, haben die auf diese Weise erzielten Ergebnisse doch noch
nicht ganz befriedigt. Insbesondere ist die Erwärmung schlecht zu regeln, und durch
sie tritt leicht ein Aufblähen der Zelluloseester auf, wodurch die Isolationsfestigkeit
beeinträchtigt wird. Außerdem enthalten die verhältnismäßig dicken Zelluloseesterbänder
auch noch nach der Wärmebehandlung flüchtige Bestandteile, die die elektrischen
Eigenschaften der Spulen beeinträchtigen.
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Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung wird eine verbesserte Spulenisolation
geschaffen, die die Spule abschließt gegen Öl, Schmutz und Feuchtigkeit. Die so
erhaltene Spulenisolätion enthält auch keine flüchtigen Bestandteile, die die elektrische
Festigkeit der Isolation herabsetzen oder zu einem Aufblähen unter der Einwirkung
von Hitze und bei elektrischen Durchschlägen führen.
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Gemäß der Erfindung werden geeignete elektrische Leiter oder Drähte
zuerst einzeln in der gewöhnlichen Art und Weise mit einer Anzahl Schichten oder
Umhüllungen 2 (s. Fig. I) von Zelluloseacetat, Glas oder irgendeinem anderen bekannten
Material, wie Baumwolle, die imprägniert sein kann oder nicht, versehen. Die auf
diese Weise vollständig umhüllten Leiter werden dann zu Spulen zusammengesetzt und
mit einer Anzahl Zelluloseesterglimmerbändern 3 umwickelt. Derartige Glimmerbänder
sind in Fig.2 dargestellt, in der 4 eine Schicht von Glimmerplättchen darstellt,
die sich zwischen zwei sehr dünnen Schichten 5 aus plastizierten Zelluloseestern
oder anderen Zellülosederivaten befinden. Obwohl die Anordnung der Glimmerschicht
zwischen den Zelluloseschichten bevorzugt wird, können auch solche Bänder verwendet
werden, bei denen nur eine Zelluloseschicht vorgesehen ist. Derartige Bänder werden
mit der Glimmerschicht gegen die Spule gerichtet aufgewickelt, so daß beim Schrumpfen
des Zelluloseacetats die Glimmerschicht fest auf den Spulen aufliegt.
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Die Glimmerzelluloseesterbänder werden nach bekannten Verfahren hergestellt,
z. B. werden die Glimmerplättchen auf eine Seite der z. B. Tricresylphosphat oder
Dibutylphthalat plastizierten Zellulosesterbänder aufgelegt, die vorher mit einem
geeigneten Klebemittel, z. B. der Lösung einer Zellulose- oder Vinylverbindung,
überzogen würde. Wenn eine zweite Zellulöseesterschicht über die Glimmerschicht
aufgebracht werden soll, so wird auch die mit dem Glimmer in Berührung kommende
Oberfläche dieser Schicht mit einem Klebemittel überzogen. Es können auch mehrere
Schichten übereinandergebracht werden, obwohl mit jeder weiteren Schicht die Biegsamkeit
leidet. Nachdem die Zelluloseesterglimmerschichten aufeinandergebracht sind, läßt
man das ganze Band durch erhitzte Rollen laufen.
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Eine Anzahl Schichten oder Umhüllungen dieses Isolierstoffes werden
um die Spule gelegt oder gewickelt, bis die gewünschte Isolationsdicke erreicht
ist. Wegen des hohen Weichmachergehaltes der Zelluloseesterschichten kann das Isolierband
fest um die Spule herumgewickelt werden ohne die Gefahr der Tütenbildung, selbst
wenn die Spule von rechteckigem oder unregelmäßigem Querschnitt ist. Dann werden
gewöhnliche Leinenbänder um die Spule gewickelt, um das Glimmerzelluloseacetatband
festzulegen und um es bei den weiteren Verfahrensschritten zu schützen. Die Spule
wird nunmehr in eine vakuumdichte Kammer gebracht, in der sie einer kombinierten
Vakuumwärmebehandlung für so lange Zeit und bei solcher Temperatur ausgesetzt wird,
bis alle Spuren des Weichmachers und anderer verflüchtigender Stoffe entfernt sind.
Die Hitze- und Vakuumbehandlung wird z. B. durch Erhitzen auf I6o° und eine 5- bis
6stündige Vakuumbehandlung bei dieser Temperatur durchgeführt.
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Nach der Vakuumbehandlung wird die Spule einer Erwärmung unter Druck
ausgesetzt. Die Druckübertragung erfolgt zweckmäßig durch ein flüssiges Medium.
Dadurch ist es möglich, die Wicklungen in alle Unebenheiten der Spule fest hineinzudrücken.
Als geeignet für die Druckübertragung haben sich sehr hoch viskose Flüssigkeiten,
wie z. B. mit Öl modifizierte Asphalte erwiesen. die ungefähr auf dieselbe Temperatur
erhitzt werden, wie sie bei der Vakuumbehandlung zur Anwendung kommt. Der Druck
wird etwa auf 7 at während 3 Stunden gehalten. Durch die Anwendung von Hitze, Vakuum
und Hitze sowie Druck und Hitze werden auch die geringsten Lösungsmittel- und Weichmachermengen
entfernt, und das Zelluloseesterband schrumpft fest auf und bindet den Glimmer fest
an die Spule.
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Das Hilfsband dient während der Druckbehandlung dazu, um das Druckübertragüngsmittel
mit ölmodifiziertem Asphalt von der Berührung mit dem Zelluloseesterband fernzuhalten.
Dies ist wichtig, da durch die geringste Imprägnation des Zellulosebandes mit der
Asphaltmischung nicht nur das Aneinanderhaften der überlappenden Zellulosebänder
und damit ein staub- und wasserdichter Abschluß verhindert würden, sondern auch
die Dielektrizitätskonstante der Isolierung herabgesetzt würde.
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Nach der Druckbehandlung wird das Hilfsband entfernt, und die Spule
ist fertig für den Gebrauch. Es kann auch ein Leinenband über das Zelluloseesterglimmerband
gewickelt und durch kleine Tropfen aus Lack festgepickt werden, um einen weiteren
Schutz des Zelluloseesterglimmerbandes zu bewirken.
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Es ist wünschenswert, daß die Bänder oder Folien aus Zelluloseester
so dünn wie möglich sind, damit das Verhältnis zu der hohen Dielektrizitätskonstante
des Glimmers hoch ist. Es werden vorzugsweise dünne Zelluloseesterbänder von weniger
als 0,025 mm, vorzugsweise solche von o,o2o mm Dicke, verwendet.
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Durch das beschriebene Verfahren ist es möglich, eine Spule mit einer
glatten Oberfläche zu erhalten, die keine Blasen oder andere Unregelmäßigkeiten
aufweist. Die nach dem neuen Verfahren hergestellten Spulen sind im Vergleich zu
den bisher
bekannten von geringer Größe hinsichtlich der Dicke der
Isolationsschicht und haben dabei eine höhere dielektrische Festigkeit. Weiterhin
besteht keine Gefahr, daß die Isolation sich beim Arbeiten bei erhöhten Temperaturen
aufbläht, da sie keine niedrigschmelzenden Bestandteile enthält. Eine gemäß der
Erfindung hergestellte isolierte Spule wurde 7oo Stunden bei Ioo° elektrisch belastet,
ohne daß eine Verschlechterung der Isolation bemerkt werden konnte. Ein weiterer
Vorteil der gemäß dem Verfahren der Erfindung hergestellten Spule ist, daß nicht
nur die erhöhten Teile gleichmäßig zusammengepreßt und miteinander verbunden sind,
sondern auch die in den Vertiefungen sitzenden Isolationsteile. Dieser Vorteil kann
nur durch die Erhitzung in einem flüssigen Druckmedium und nicht durch die gewöhnliche
Erhitzung in Stahlformen erzielt werden.