EP4324080A1

EP4324080A1 - Sektorenrolltauchanlage

Info

Publication number: EP4324080A1
Application number: EP22713612.4A
Authority: EP
Inventors: Gerhard Karl Mais; Karl Bauch; Martin Christoph; Sebastian Bautz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-04-12
Filing date: 2022-03-08
Publication date: 2024-02-21
Also published as: WO2022218609A1; CN117461248A; DE102021001874B3; JP2024514172A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sektorenrolltauchanlage zum Imprägnieren von Bauteilen elektrischer Maschinen in Form von Statoren und Rotoren, wobei die Rolltauchwanne (6) in Sektoren mit Imprägniermitteleinmündungen (11) unterteilt ist, die durch Schottwände (7) voneinander getrennt sind, wobei zumindest ein mit einer Schottwand (7) verbundenes Dichtelement (8) mit dem rotierenden Bauteil (1) in Kontakt steht. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Imprägnieren von Statoren und Rotoren elektrischer Maschinen.

Description

Bezeichnung: Sektorenrolltauchanlage Beschreibung

Die vorliegende Erfindung zeigt eine Anlage und ein Verfahren auf, denen es möglich ist, Bauteile, insbesondere Statoren und Rotoren elektrischer Maschinen im Rolltauchverfahren schnell, effizient und m it kompletter Nutfüllung zu imprägnieren, ohne den Außen- und/oder den Innendurchmesser des Blechpaketes zu benetzen.

Insbesondere bei mobilen Elektroantrieben mit hohen Beschleunigungen, enormer Leistungsdichte und großen Temperaturschwankungen ist eine zuverlässige wärmeleitende Fixierung der Wicklung notwendig. Bei diesen hochbeanspruchten Elektromaschinen ist ein an jeder Stelle der Wicklung gleichmäßiger Wärmefluss, hervorragende mechanische Fixierung der Wicklung und beste elektrische Isolation gefordert. Diese wird in der Regel durch das Einbringen von aushärtenden Imprägniermitteln oder Lacken angestrebt. Dabei sollen möglichst nur die Wicklung und gegebenenfalls die Nuten der Blechpakete mit dem Imprägniermittel in Berührung kommen um unnötigen Imprägniermittelverbrauch zu unterbinden und keine ungewollt klebrigen oder mit Imprägniermittel beschichteten Oberflächen zu erhalten, die dann von den vorgegebenen Toleranzen abweichen. Besonders schwierig zeigt sich dabei die komplette Füllung der mit Flachdrähten oder Runddrähten durchzogenen Blechpaketnuten mit Imprägniermittel. Wichtig ist dabei eine schnelle, preiswerte und ressourcenschonende industrielle Einbringung der Imprägnierung.

Zum Einsatz kommen bisher im Wesentlichen zwei Verfahren. In einem ersten Basisverfahren wird das Imprägniermittel während der Rotation der Statoren und Rotoren, nachfolgend als Bauteile bezeichnet, auf- und/oder eingebracht. In einem zweiten Basisverfahren werden die Bauteile in das Imprägniermittel getaucht. Dabei erfolgt das Tauchen entweder so lange, bis das Imprägnierm ittel im Bereich der beheizten Wicklung geliert hat oder durch das Aufbauen von Schichten durch mehrmaliges Tauchen, Gelieren und zwischenzeitiger Erwärmung.

Das Tauchen hat den Vorteil der guten Nutfüllung und ist als schnelles Imprägnierverfahren bekannt. Nachteile dieses Verfahrens sind die Verschmutzung des gesamten Bauteils durch Anhaftung von Imprägniermittel und der damit verbundene Verlust der Maßhaltigkeit, der erhöhte Imprägniermittelverbrauch und die Umweltbelastung durch den Imprägniermittelaustrag sowie die notwendige Rückkühlung des Imprägniermittels.

Beim Auftrag des Imprägniermittels unter Rotation, also dem Träufeln wird die Verschmutzung des Blechpaketes in der Regel vermieden, der Imprägniermittelverbrauch ist auf ein Minimum beschränkt und die Umweltbelastung ist ebenfalls stark reduziert. Problematisch ist jedoch die Dauer des Imprägniervorganges, die damit verbundene lange Gelierzeit und die mangelhafte Füllung insbesondere langer Blechpaketnuten bei diesen Verfahren.

Mit dem Rolltauchen wird eine Verbindung beider Verfahren praktiziert, mit der gleichzeitig eine Vermengung der Vorteile und Nachteile beider Verfahren einhergehen. Statoren elektrischer Maschinen bestehen in der Regel aus einem ringförmigen Blechpaket mit am Innendurchmesser verlaufenden Nuten, in die die Wicklung eingelegt ist. Über die Planflächen des Blechpaketes ragen die Wickelköpfe hervor, die dazu dienen, die Kupferdrähte zwischen den Nuten umzulenken oder diese zu verbinden. Aktuell werden die Wickeldrähte mehr und mehr durch Kupferstäbe oder Flachdrähte ersetzt. In der zentrischen Bohrung des ringförmigen Stators läuft später der Rotor. Bei den herkömmlichen Rolltauchanlagen wird der Stator im Innendurchmesser durch eine Spannvorrichtung aufgenommen. Der langsam rotierende Stator wird dann in eine mit definiertem Imprägniermittelniveau gefüllte Wanne getaucht. Das Niveau wird in der Regel durch Überlaufelemente bestimmt, indem stets mehr Imprägnierm ittel zugefördert als durch das Bauteil abgenommen wird. Beim Rolltauchen wird der Stator nur so weit in das Imprägniermittelbad getaucht, dass der Innendurchmesser unbenetzt bleibt und damit nicht verschmutz wird. Beim Rotor gilt dies ebenso, falls die Rotorwelle noch nicht montiert ist. Ist sie bereits montiert, so wird nur so weit eingetaucht, dass die Welle m it dem Imprägniermittel nicht in Berührung kommt. Nachteilig ist jedoch, dass der Außendurchmesser des Blechpaketes benetzt und mit Imprägniermittel kontaminiert wird. Zudem tauchen die Wicklung und die Planseiten der Blechpaketnuten gegenüber dem Tauchen nur partiell ein was zu längeren Imprägnierzeiten und weniger gut gefüllten Blechpaketnuten führt. Dadurch, dass das Imprägniermittel beim horizontal im Imprägniermittelbad rotierenden Bauteil von beiden Planseiten des Belchpaketes gleichzeitig in die Nuten einströmt behindert die eingeschlossene Luft die Nutfüllung in deren Mittenbereich.

Nach dem Ausheben aus der Rolltauchwanne wird das Harz auf dem Außendurchmesser des Blechpaketes soweit möglich abgestreift und/oder abgeblasen, bevor es sich im nachfolgenden Gelier- und Härteprozess verfestigt.

Das Rolltauchverfahren hat aufgrund dessen, dass sich nur ein Medium in der Tauchwanne befinden kann zur Bedingung, dass es sich beim Imprägniermittel um bereits reaktives Material handelt, welches in der Regel durch Temperatur aktiviert wird.

Bei den bisher üblichen Rolltauchverfahren wird kontinuierlich mehr Imprägniermittel der Tauchwanne zugeführt, als das Bauteil abnimmt. Das überschüssige Imprägnierm ittel fließt über einen Filter und Kühler in den Förderkreislauf zurück. Durch das Eintauchen der gesamten Außenoberfläche der in der Regel vorgeheizten Bauteile erwärmt sich das Imprägniermittel schnell und muss um nicht vorschnell zu reagieren zurückgekühlt werden. Die erhebliche Wärmeabnahme vom Bauteil durch das Imprägnierm ittel ist destruktiv, stört und verlangsamt den Imprägnierprozess und vernichtet Energie. Zudem wird bereits hinsichtlich chemischer Reaktivität angestoßenes Imprägniermittel immer wieder in den Kreislauf zurückgeführt, was einen optimalen und insbesondere über lange Zeit zuverlässigen Prozess erschwert oder sogar unmöglich macht. Dieser Stand der Technik ist beispielhaft in den Schriften EP 0 643 467 A2, DE 23 58 782 A1 , DE 27 37 917 A1 , DE 101 39 128 A1 , PCT/JP 2013/084742, WO 03/013810 A1 und WO 2017/042013 A1 dokumentiert.

Die Offenlegungsschrift DE 36 31 980 A1 stellt ein Verfahren zur Imprägnierung von Wicklungen elektrischer Maschinen vor, bei dem die elektrischen Maschinenteile rotierend in schräg zur Horizontalen gerichteten Längsachse geträufelt werden und anschließend in horizontaler Lage zum Rolltauchen teilweise in ein Harztauchbad getaucht werden wobei die Wickelköpfe zusätzlich besprengt werden. Die Außenhaut des Blechpaketes wird dabei mit Harz kontaminiert.

In Druckschrift JP H10- 271 775 A ist ein Imprägnierverfahren für Rotoren elektrischer Maschinen vorgestellt, bei dem das Aufträufeln von Imprägniermittel in unterschiedlichen Schräglagen des rotierenden Rotors erfolgt, um besseres Einlaufen in die mit Windungen durchzogenen Nuten zu erzielen.

Druckschrift JP H08-317616A stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Rolltauchimprägnieren der Nuten in Blechpaketen für Statoren vor. Dam it lassen sich die üblicherweise verwendeten eingelegten Nutisolierungen der Blechpakete ersetzen. Damit die Luft aus den Nuten besser entweichen kann wird das Blechpaket geneigt in das Imprägniermittelbad eingebracht. Das Blechpaket wird dabei sowohl innen als auch außen mit Harz kontaminiert. Zudem ist kein Niveauunterschied entlang des Stators aufgezeigt.

EP 0 321 223 A2 zeigt eine Anlage in der die Rotornuten auch mittels Rolltauchen isoliert werden bevor die Kupferwicklungen eingezogen werden. Die Tauchwanne mit dem Isolationsmedium befindet sich dabei in horizontaler Lage.

JP 2005- 285 933 A stellt ein Tauchverfahren vor, bei dem Bauteile mit Wicklung in ein mit Ultraschall beaufschlagtes Tauchbad gelegt werden, um die Hohlräume zwischen Wicklung und Blechpaket schneller und besser mit Harz zu befüllen.

Die Außenhaut des Blechpaketes wird bei all den vorgestellten Tauchverfahren m it dem Imprägniermittel kontam iniert.

Zusätzlich ist mit der Schrift WO2019/21 1461 A1 ein Verfahren vorgestellt, bei dem das Imprägniermittel mittels eines Trägermediums in die Blechpaketnuten eingebracht wird. Dieses Verfahren ist aktuell noch sehr kostspielig und bei den geringen Zwischenräumen der Flachdrahtwicklungen und insbesondere der Hairpinstatoren nur schwer bzw. bisher nicht realisierbar.

Bei allen bisher im Einsatz befindlichen und in den Schriften vorgestellten Rolltauchanlagen werden Statoren m it einer zentrischen axialen Bohrung für den Rotor so weit in horizontal positionierte Rolltauchwannen mit Imprägniermittelbad getaucht, dass das Harz in die Nuten des Blechpaketes einlaufen kann und die Wicklungsteile umschließt und das Harzniveau den Innendurchmesser des Stators nicht erreicht bzw. benetzt. Bei tieferem Eintauchen wird auch der Innendurchmesser des Blechpaketes mit Harz kontam iniert. Damit das Harz durch alle mit Wicklungen durchzogenen Nuten am Umfang fließen und/oder diffundieren kann, dreht sich der Stator langsam im Harzbad. Dabei wird nicht nur die Wicklung m it Harz imprägniert, sondern auch der Außendurchmesser und die Planflächen des Blechpaketes mit Harz kontam iniert. Das Harz auf dem Blechpaket ist meist nachteilig, da es beim Einschrumpfen in das Gehäuse oder beim Abdichten des Stators aufgrund mangelnder Festigkeit und Maßhaltigkeit Probleme hervorruft. Das auf der Außenhaut des Blechpaketes haftende Harz wird, soweit nachträglich möglich, durch Abschaben und/oder Abblasen entfernt. Dies bringt zusätzliche Arbeitsgänge und erhöht die Emission von Harzdämpfen erheblich.

Der neuen Lösung liegt deswegen die Aufgabe zugrunde, eine Anlage und eine Verfahrensweise vorzuschlagen, die beim Imprägnieren von Runddraht- und Flachdrahtwicklungen an Elektromaschinen die komplette Nutfüllung, kurze Taktzeiten und sauberes Blechpaket, sowie minimalen Imprägniermittelverbrauch ermöglicht.

Erfindungsgemäß ist die Aufgabe mit einer Sektorenrolltauchanlage wie in Anspruch 1 beschrieben gelöst. Die folgenden Ansprüche zeigen Ausformungen der Anlage auf. Anspruch 10 ff. definiert ein Verfahren mit Weiterbildungen zum Betreiben der Anlage.

Bei der vorgestellten Sektorenrolltauchanlage handelt es sich um eine neue Ausbildung einer Rolltauchanlage insbesondere zum Einbringen von Imprägniermittel wie Harzen in die Hohlräume zwischen Blechpaketnuten und Wicklung sowie zwischen den Wicklungen an den Wickelköpfen. Die Imprägnierung dient zur zusätzlichen Isolierung, besseren Wärmeübertragung und mechanischen Fixierung der als Wicklung bezeichneten Kupferteile. Die besonderen Merkmale der Sektorenrolltauchanlage sind die in Sektoren unterteilte Tauchwanne und die zwischen dem Bauteil und der Tauchwanne bzw. den Schottwänden eingebrachten Abdichtungselementen. Die Schottwände begrenzen bzw. definieren die Sektoren innerhalb der Rolltauchwanne. Die Dichtelemente tragen dazu bei, dass das in einzelnen Sektoren bestehende Harzniveau nur bis zu den Stellen am Bauteil anliegt, an denen die mit den Schottwänden verbundenen Dichtelemente anliegen.

Die in Sektoren aufgeteilte Rolltauchwanne ermöglicht unterschiedliche Harzniveaus in den verschiedenen Sektoren. Sie ermöglichen zudem nebeneinanderliegende mit Imprägniermittel gefüllte und leere Bereiche einer Rolltauchwanne. Dam it ist es zudem erstmals möglich eine Rolltauchwanne, gefüllt mit flüssigem Medium, zu kippen und dadurch unterschiedliche Fluidniveaus innerhalb einer Rolltauchwanne zu erzeugen.

Die Sektorenrolltauchanlage zeichnet sich dadurch aus, dass erstmals das Rolltauchen geneigter Bauteile möglich ist und zudem, sowohl bei geneigter, als auch bei horizontaler Bauteilposition, Mantelflächen mit dem größten Außendurchmesser frei von Imprägniermittel bleiben können. Durch das Neigen der Bauteile lässt sich neben der Kapillarwirkung zum Füllen der mit der Wicklung durchzogenen Blechpaketnuten zusätzlich die Schwerkraft nutzen. Durch das som it mögliche einseitige Befüllen der Nuten mit Imprägniermittel wird das beim Rolltauchen sonst gegebene Einschließen von Luft im Mittenbereich der Nuten vermieden.

Die Sektorenrolltauchanlage kennzeichnet eine Rolltauchwanne, die in Sektoren unterteilt ist, um je nach Bauteilregion unterschiedliche Imprägniermittelniveaus zu realisieren. Damit ist es möglich beispielsweise die Wickelköpfe eines Stators im Imprägniermittelbad zu drehen, ohne die Außenhaut des im Durchmesser größeren oder gleich großen Blechpaketes zu benetzen und zu verschmutzen. Die Schottwände zwischen den Sektoren der Tauchwanne weisen vorzugsweise im Kontaktbereich zum Bauteil Dichtelemente auf. Alternativ sind die Schottwände selbst als flexibles Dichtelement ausgebildet, das wahlweise bereits die Kontur des Bauteiles an der abzudichtenden Stelle hat, oder sich dieser Kontur anpasst.

Die Rolltauchwanne der vorgestellten Anlage ist entweder an die Schwenkeinheit der Bauteiltransporteinheit angebunden und wird zusammen mit dem Bauteil geneigt, oder sie besitzt einen gesonderten Antrieb, der es erlaubt unabhängige oder synchrone Neigungswinkel und Linearbewegungen gegenüber dem Bauteil zu vollführen. Die Schottwände in der Rolltauchwanne sind je nach Anforderung fest positioniert oder manuell und/oder motorisch verschieblich gelagert. Damit lassen sich die Sektoren auf unterschiedliche Bauteile anpassen und gegebenenfalls die Schottwände mit den Dichtelementen gegen die Dichtflächen von Bauteilen anfahren sowie unterschiedlich stark anpressen. Sowohl die Schottwände als auch die Dichtelemente sind austauschbar.

Um den Rückfluss, des in ihrer chemischen Reaktion durch die Erwärmung am Bauteil bereits angestoßenen Imprägniermittels, in den Kreislauf zu unterbinden und einen dauerhaft zuverlässigen Prozess zu gewährleisten, ist vorgeschlagen die Rolltauchwanne der Kontur des Bauteils anzupassen. Damit befindet sich nur wenig Imprägniermittel in der Wanne, was zum einen in der normalen Folgefertigung den Verbleib in der Wanne verkürzt und zum anderen das Verhältnis von erwärmtem in der Rolltauchwanne befindlichen Imprägniermittel zum kühlen frisch zugeförderten Imprägniermittel erheblich begünstigt. Dadurch, dass nur noch die zu imprägnierenden Flächen mit dem Imprägniermittel in Berührung kommen, wird vom Bauteil erheblich weniger Wärme an das Imprägnierm ittel übertragen. Eine Rückführung des Imprägniermittels ist auch aus diesem Grund nicht mehr notwendig, eine gekühlte Tauchwanne reicht bereits aus, um die überschüssige Wärme abzuführen. Durch eine dem Bauteil angepasste Form der Rolltauchwanne und die damit verbundene neue Verfahrensweise ist eine zeitnahe Verarbeitung des einmal erwärmten und somit aktivierten Imprägniermittels gewährleistet.

Erfolgt die Bauteileinbringung und -ausbringung in horizontaler Lage und werden beide gemeinsam zum Sektorenrolltauchen in geneigter Position gekippt, empfiehlt sich eine besonders dafür ausgelegte Tauchwanne. Eine für den geneigten Einsatz ausgelegte Tauchwanne verfügt vorzugsweise über zum indest ein Reservoir für das Imprägniermittel. Dieses Imprägniermittelreservoir hat bei der Tauchwanne in geneigter Arbeitsposition die Funktion sich zumindest so weit zu entleeren, dass der mit Imprägniermittel zu füllende Sektor das gewünschte Niveau erreicht. In horizontaler Parkposition erfüllt das Imprägniermittelreservoir dann die Aufgabe das Imprägniermittel aus dem Imprägniersektor aufzunehmen, bzw. so lange zwischenzuspeichern bis es erneut benötigt wird.

Imprägniermittel, welches über eine nicht mit Dichtelement versehene Schottwand strömt und somit das Niveau definiert, gelangt in gesonderte Imprägniermittelreservoire oder Zwischenspeicher und wird beim nächsten Bauteil zugeführt.

Die Schottwände dienen dazu, das Imprägniermittel von den nicht zu imprägnierenden Stellen des Bauteils fernzuhalten und damit den Imprägniermittelverbrauch merklich zu reduzieren, die Wärmeabnahme durch das Imprägniermittel an diesen Stellen zu unterbinden und die Verschmutzung der Bauteile an diesen maßlich sensiblen Stellen zu vermeiden. Die Schottwände sind deswegen mit insbesondere der Bauteilkontur anpassbaren Dichtelemente versehen. Alternativ sind die Schottwände selbst als flexible Dichtelemente ausgebildet, z. B. aus Kautschuk. Es empfiehlt sich diese der Bauteilkontur anpassbar auszuführen. Bei konturanpassbaren Dichtelementen und/oder Schottwänden verbleibt das Imprägniermittel mit dem zuletzt darin befindlichen Imprägniermittel im Imprägniersektor. Durch das Eintauchen des Bauteils hebt sich der Imprägniermittelpegel an während sich die Dichtelemente unter dem Anschmiegen an die Bauteilkontur absenken. Das maximale Niveau wird durch höhenjustierbare Schottwände definiert. Alternativ empfiehlt sich das Niveau durch den Imprägniermittelförderstrom im Verhältnis zur Imprägniermittelabnahmemenge des Bauteils zu steuern.

Es wird also genau so viel Imprägniermittel zugefördert, wie durch das Bauteil abgenommen wird, bzw. wie abgenommen werden soll. Dieses Verfahren erlaubt im geringen Maße, einen bauteilspezifischen Mengenausgleich des Imprägniermittels. Die abgenommene Imprägniermittelmasse wird vorzugsweise zusätzlich durch das Wiegen des Bauteils vor und nach dem Imprägnieren festgestellt.

Sind die Dichtelemente und/oder die Schottwände so ausgeführt, dass sie bereits die Kontur des abzudichtenden Bereiches des Bauteils haben, so wird das Imprägniermittel vor dem Entnehmen des Bauteils aus der Wanne zumindest teilweise in ein Imprägniermittelreservoir oder einen Zwischenspeicher zurückgeführt, um das Überströmen des Imprägnierm ittels über die Dichtelementkontur zu vermeiden. Nach dem Positionieren des neuen Bauteils in der Tauchwanne und der damit verbundenen Abdichtung wird das Imprägniermittel in den Tauchsektor zurückgebracht. Während des Imprägnierens wird anschließend vorzugsweise lediglich die aktuell durch das Bauteil abgenommene Imprägniermittelmenge zugefördert. Damit ist es erstmals möglich eine Rolltauchimprägnierlösung ohne Überlauf zu realisieren. Kann das Imprägnierm ittel aufgrund der Rolltauchwannengestaltung oder des angewandten Verfahrens in kein Imprägniermittelreservoir zurückfließen, weil die Rolltauchwanne beispielsweise nicht geschwenkt wird, so dienen Vorratsbehälter möglichst in Form hydraulisch angebundener Zylinder zur temporären Aufnahme des Imprägniermittels aus den einzelnen Sektoren. Ist die Imprägnierung abgeschlossen, so saugt der Zylinder das Imprägniermittel vor der Entnahme des Bauteils zumindest Großteils über die Bodenöffnung ab und fördert es nach der Positionierung des neuen Bauteils dem entsprechenden Sektor der Rolltauchwanne schnell zu. Dabei bleiben die Mengen und somit das Niveau gleich. Zugefördert wird dann lediglich die Imprägniermittelmenge, die zum jeweiligen Zeitpunkt vom Bauteil am jeweiligen Sektor abgenommen wird bzw. abgenommen werden darf. Durch eine dem Bauteil konturnahe Rolltauchwanne lässt sich die im jeweiligen Segment bevorratete Menge Imprägniermittel erheblich reduzieren, sodass das einmal zugeförderte und erwärmte Imprägniermittel nur kurz in der Rolltauchwanne verbleibt. Um das Imprägniermittel vor zu großer Erwärmung durch die in der Regel vorgeheizten Bauteile zu schützen hilft zum einen der große Anteil frisch zugeförderten kühlen Imprägniermittels und zum anderen eine gekühlte Rolltauchwanne und evtl gekühlte imprägniermittelaufnehmende Zylinder.

Die Sektorenrolltauchanlage ist wahlweise mit einer Vakuumkammer ausgestattet, die es erlaubt unter weitgehendem Luftabschluss zu imprägnieren. Die Vakuumkammer umschließt wahlweise lediglich das Bauteil mit der Rolltauchwanne oder die gesamte Rolltauchstation. Bei optional vakuumdichter Umhausung von Bauteil und Tauchwanne wird das Imprägniermittel vor Gebrauch unter Vakuum aufbereitet, also entgast und entfeuchtet. Damit das Imprägnierm ittel beim Ausbringen und Einbringen des Bauteils nicht mit der feuchten Umgebungsluft in Berührung kommt ist ein vakuumdichtes Imprägniermittelreservoir für das Imprägnierm ittel vorgesehen. Das Imprägniermittel wird dann vor dem Belüften ins Imprägniermittelreservoir gebracht und nach dem Vakuumieren in den Tauchsektor zurückgeschoben. Als Imprägnierm ittelreservoir wird in diesem Fall vorzugsweise ein Zylinder eingesetzt. Damit der vakuumierte Raum möglichst klein und der Energiebedarf gering ist wird vorgeschlagen die Tauchwanne als Unterteil einer horizontal geteilten Vakuumkammer auszubilden. In die Vakuumkammer ragt lediglich der abzudichtende Bauteilträger dessen Schaft von den beiden Kammerhälften umschlossen wird. Die vertikale Achse der Tauchwanne bzw. der unteren Vakuumkammerhälfte dient so gleichzeitig zum Öffnen der Kammer und zum Anpassen der Eintauchtiefe für das Bauteil in das Imprägniermittel. Durch das Vakuumieren des Bauteils und insbesondere der mit Imprägniermittel zu füllenden Hohlräume im Bauteil lassen sich diese schneller und umfänglicher mit Imprägniermittel füllen.

Mittels Schwingungen, insbesondere hochfrequente Schwingungen im Ultraschallbereich, die auf das Imprägniermittel und/oder das Bauteil einwirken wird der Füllgrad und die Benetzung der Hohlräume um die Wicklung verbessert, wodurch sich die Imprägnierzeit weiter reduziert. Je nach Medium und Bauteil werden hierfür Frequenzen von 20 Hz bis 20 MHz eingesetzt.

Figur 1 zeigt beispielhaft eine schwenkbare Sektorenrolltauchanlage in der Seitenansicht,

Figur 2 zeigt eine geneigte Rolltauchwanne 6 im Schnitt mit Bauteil 1 in der Seitenansicht in geneigter Imprägnierposition,

Figur 3 zeigt die Rolltauchwanne 6 im Schnitt mit Bauteil 1 in der Seitenansicht beim Ein- und Ausbringen des Bauteils 1 und Imprägniermittel 12 im Imprägniermittelreservoir 9 und

Figur 4 zeigt die beispielhafte Ausführung einer Rolltauchwanne 6 mit Sektoren für unterschiedliche Funktionen in der Draufsicht.

Gemäß Figur 1 dient die Sektorenrolltauchanlage zum Rolltauchimprägnieren der Wicklungen 2 von Bauteilen 1 elektrischer Maschinen, insbesondere von Statoren und Rotoren. Das Bauteil 1 rotiert während des Imprägniervorganges getragen von einem Bauteilträger 5 in einer durch ein Programm vordefinierten Position der Sektorenrolltauchanlage und insbesondere der Rolltauchwanne 6. Der positionsfeste rotatorische Antrieb des Bauteils 1 um die Rotationsachse 17 wird durch gegenläufige Kettenpaare in der Transporteinrichtung 19 realisiert, die auf die fest auf dem Bauteilträger 5 fixierten Kettenräder einwirken.

Die Rolltauchwanne 6 der vorgestellten Anlage ist entweder an die auf der Schwenkachse 16 fixierten Schwenkeinheit der Transporteinrichtung 19 angebunden und wird zusammen mit dem Bauteil 1 geneigt, oder sie besitzt einen gesonderten Antrieb, der es erlaubt unabhängig oder synchron dem Neigungswinkel des Bauteils 1 zu folgen und mittels zum indest einer Linearachse 15 Linearbewegungen gegenüber dem Bauteil 1 zu vollführen. Die Linearachsen 15, die Schwenkachse 16 und die translatorische und rotatorische Bewegung des Bauteils 1 um die Rotationsachse 17 werden von den Aktoren 18 angetrieben. Die Schottwände 7 in der Rolltauchwanne 6 sind je nach Anforderung fest positioniert oder manuell und/oder motorisch verschieblich gelagert. Damit lassen sich die Sektoren auf unterschiedliche Bauteile 1 anpassen und gegebenenfalls die Schottwände 7 mit den Dichtelementen 8 gegen die Dichtflächen von Bauteilen 1 anfahren sowie unterschiedlich stark anpressen. Sowohl die Schottwände 7, als auch die Dichtelemente 8 sind austauschbar.

Der Bauteilträger 5 besitzt eine integrierte Spannvorrichtung, die das zentrische Fixieren unterschiedlicher Bauteile 1 gegenüber dem Bauteilträger 5 ermöglicht. Der Bauteilträger 5 mit der integrierten Spannvorrichtung erlaubt den Austausch der Bauteile 1 an vordefinierten Stellen und den sicheren Transport der rotierenden Bauteile 1 durch die gesamte Anlage. Die translatorische Bewegung des Bauteils 1 bei gleichzeitiger Rotation erfolgt durch unterschiedliche Geschwindigkeiten und/oder Bewegungsrichtungen der über Wellen und Kettenräder angetriebenen Ketten der Transporteinrichtung 19. Die Kettenräder des Bauteilträgers 5 greifen wiederum auf die von Aktoren 18 angetriebenen Ketten ein. Das Bauteil 1 , insbesondere der Stator besteht im Wesentlichen aus einem Blechpaket und der Wicklung 2, welche auch aus Runddrähten oder Flachdrähten bzw. Hairpins bestehen kann. Die Wicklung 2 befindet sich beim Stator in den innenliegenden Blechpaketnuten 4. Die Um lenkung und Verbindung der als Wicklung 2 bezeichneten Drähte oder Hairpins außerhalb des Blechpaketes werden als Wickelköpfe 3 bezeichnet.

Damit nur die Wickelköpfe 3 und die in die Blechpaketnuten 4 eingelegte Wicklung 2 mit dem Imprägniermittel 12 in Berührung kommen, während die Kontur des Blechpaketes möglichst frei vom Imprägniermittel 12 bleibt, ist die Rolltauchwanne 6 speziell ausgeformt. Wie in der Darstellung angedeutet, wird dieses Vorhaben durch Schottwände 7 erreicht, die sich in der Rolltauchwanne 6 befinden und mit Dichtelementen 8 bestückt sind, oder zum indest teilweise aus Dichtelementen 8 aufgebaut sind. Im letzten Fall bestehen die Schottwände 7 bevorzugt aus Elastomeren, die sich der Kontur des Bauteils 1 anpassen und gleichzeitig als Dichtelement 8 fungieren. Durch diese Rolltauchwannengestaltung ist es möglich unterschiedliche Imprägniermittelniveaus in angrenzenden Sektoren der Rolltauchwanne 6 zu realisieren und damit zu bestimmen welche Teile eines Bauteils 1 mit dem Imprägniermittel 12 in Berührung kommen. So werden z. B. für die Wickelköpfe 3 von Statoren Tauchsektoren 13 in der Rolltauchwanne 6 definiert und diese über Imprägniermitteleinmündungen 1 1 mit Imprägniermittel 12 gefüllt.

Der Sektor in dem sich das nicht zu imprägnierende Blechpaket befindet bleibt leer. Das Imprägniermittel 12 kann so nur an die Wickelköpfe 3 und in die Blechpaketnuten 4 gelangen, sofern der Stator maximal bis zur Unterkante des Innendurchmessers eingetaucht wird. Durch langsame Rotation werden die Wickelköpfe 3 und die Blechpaketnuten 4 rundum gefüllt während das Blechpaket am Innen- und Außendurchmesser sauber bleibt. Bei Rotoren, insbesondere geschlossenen Rotoren m it einer Außenummantelung erfolgt die Abdichtung an den Planflächen, so dass das Imprägniermittel 12 nur an den Planflächen ein- und austreten kann und nur die Ringflächen an den Planseiten benetzt werden.

In FIG 2 ist eine beispielhafte Rolltauchwanne 6 mit Schottwänden 7 und daran befestigten Dichtelementen 8 für das Rolltauchimprägnieren in geneigter Position im Schnitt dargestellt während der auf dem Bauteilträger 5 gespannte Stator ungeschnitten in der Seitenansicht in Imprägnierposition zu sehen ist. Zu erkennen sind die durch die Schottwände 7 abgeteilten Sektoren. Die einzelnen Sektoren sind mit Imprägniermitteleinmündungen 1 1 versehen, die sowohl dem Zulauf als auch dem Ablauf des Imprägniermittels 12 dienen. Ein Teil der Schottwände 7 ist ohne Dichtelement 8 und damit niedriger als die Schottwände 7 mit integrierten oder aufgesetzten Dichtelementen 8. Sie dienen als Imprägniermittelüberlauf 10 und sorgen so für eine Niveaubegrenzung. Damit lässt sich gleichmäßiges Imprägniermittelniveau und damit eine zuverlässig Eintauchtiefe, schnell und wiederholgenau erreichen. Das überfließende Imprägniermittel 12 wird entweder durch das Schwenken der Rolltauchwanne 6 in den ursprünglichen Sektor zurückgeführt oder in einem eigenen Sektor gesammelt und der Imprägniermittelzuförderung vorrangig zugeleitet.

Der höher gelegene Tauchsektor 13 der Rolltauchwanne 6 fungiert bei der dargestellten Ausführung zugleich als Imprägniermittelreservoir 9 sobald die Rolltauchwanne 6 in die Waagerechte gebracht wird. Durch das Schwenken der Rolltauchwanne 6 in die Horizontale, wie in FIG 3 gezeigt, fließt das Imprägniermittel 12 in den tiefer gelegenen Bereich zurück, wodurch sich das Imprägnierm ittelniveau im Bereich des Bauteils 1 unter die tiefste Stelle des Dichtelementes 8 oder der Schottwand 7 absenkt. Beim Ausbringen des Bauteils 1 fließt somit kein Imprägniermittel 12 über das Dichtelement 8, das zuvor bestehende Niveau wird mit dem Einschwenken des neuen Bauteils 1 ohne das Zu- und Abführen von Imprägniermittel 12 sofort erreicht. Das Zuführen und wahlweise auch das Abführen des Imprägniermittels 12 erfolgt über die Imprägniermitteleinmündungen 1 1 . Das Niveau des Imprägniermittels 12 wird zudem durch Imprägniermittelüberläufe 10 begrenzt. Übertretendes Imprägniermittel 12 wird in Überlaufsektoren 14 wie in FIG 3 zu sehen aufgefangen und gegebenenfalls abgeleitet. Damit wird zum einen sichergestellt, dass das Imprägniermittelniveau nicht über die Unterkante des Innendurchmessers ansteigt und somit den Innenraum des Stators verschmutzt und zum anderen, dass der Sektor in dem sich das Blechpaket befindet frei von Imprägniermittel 12 bleibt.

Die Eintauchtiefe des Bauteils 1 in das Imprägniermittel 12 wird durch die frei programmierbare Position von Bauteil 1 zur Rolltauchwanne 6 definiert. Die in FIG 2 dargestellte Rolltauchwannenausführung ist im Eintauchbereich mit Schottwänden 7 und Dichtelementen 8 ausgeführt, die der Bauteilkontur angepasst sind. Die dargestellten runden Dichtelemente 8 sind vorzugsweise als Dichtlippen ausgeführt, sodass beim Abheben des Bauteils 1 kein Rest von Imprägniermittel 12 überströmt. Durch die axiale Beweglichkeit der Rolltauchwanne 6 und eine von der Bauteilneigung unabhängige Rolltauchwannenneigung lässt sich somit das Einbringen des Bauteils 1 zwischen die Dichtungen auch dann bewältigen, wenn die Schottwände 7 und die daran befestigten Dichtelemente 8 nicht verschieblich in der Rolltauchwanne 6 gelagert sind.

Das Imprägnieren eines geneigten Bauteils 1 , insbesondere eines Stators, lässt sich in der vorgeschlagenen Weise auch mit nur einem Dichtelement 8 realisieren indem nicht nur die Blechpaketnuten 4 mit der darin befindlichen Wicklung 2 vom oberen Tauchsektor 13 aus, sondern auch der entgegengesetzte Wickelkopf 3 durch die Blechpaktnuten hindurch imprägniert wird. In der dargestellten Version der Rolltauchwanne 6 lässt sich der untere Tauchsektor 13 ebenfalls über

Imprägniermitteleinmündungen 1 1 mit Imprägniermittel 12 befüllen womit zeitgleich das Tauchimprägnieren des tiefer gelegenen Wickelkopfes 3 möglich wird.

Aus FIG 3 ist die Doppelfunktion von Imprägniermittelreservoir 9, das gleichzeitig auch Tauchsektor 13 ist, ersichtlich. In horizontaler Position senkt sich der Pegel des Imprägniermittels 12 soweit ab, dass bei der Entnahme des Bauteils 1 kein Imprägnierm ittel 12 über das Dichtelement 8 abfließt.

Die beispielhaft dargestellte Rolltauchwanne 6 in FIG 4 beinhaltet Schottwände 7, die gegen die Wanne abdichten und in verschiedenen Positionen je nach Bauteilabmessung montiert werden. Die Schottwände 7 sind austauschbar, so dass ihre Flöhen und Formen variieren können. In einer wahlweise vorgeschlagenen Ausführung sind sie stufenlos verschieblich gelagert und können manuell oder mittels Linearantriebe automatisch positioniert werden. Die maximale Imprägniermittelniveauhöhe in der Wanne ist durch die Höhe der Schottwand 7 selbst oder durch in der Höhe justierbare Schiebelemente definiert. Diese Schiebeelemente, oder falls diese nicht vorhanden sind, die Schottwände 7 ohne Dichtelement 8 dienen gegebenenfalls als Imprägniermittelüberlauf 10. Das übertretende Imprägniermittel 12 wird vorzugsweise in Überlaufsektoren 14 aufgefangen und dem Imprägniermittelzulauf zugeführt. Sind keine speziellen Überlaufsektoren 14 vorhanden, dienen die benachbarten nicht mit Imprägniermittel 12 gefluteten Sektoren mit ihren Imprägniermitteleinmündungen 1 1 als Solche. Der Mittenbereich der Schottwände 7 ist der Bauteilkontur an der abzudichtenden Stelle als Bogen ausgeführt. Die Dichtelemente 8 verlaufen der Bogenkontur folgend und sind dichtend, aber austauschbar mit der Schottwand 7 verbunden. Die Enden der aus Polymeren oder Metallen bestehenden Dichtelemente 8 sind nach außen geformt, um vereinzelt an der Planfläche nach außen ablaufendes Imprägniermittel 12 wieder einzufangen. Bezugszeichenliste

1 Bauteil

2 Wicklung

3 Wickelkopf

4 Blechpaketnut

5 Bauteilträger

6 Rolltauchwanne

7 Schottwand

8 Dichtelement

9 Imprägniermittelreservoir

10 Imprägniermittelüberlauf 1 1 Imprägniermitteleinmündung 12 Imprägniermittel

13 Tauchsektor

14 Überlaufsektor

15 Linearachse

16 Schwenkachse

17 Rotationsachse

18 Aktoren 19 Transporteinrichtung

Claims

Patentansprüche

1 Sektorenrolltauchanlage zum Imprägnieren von Bauteilen elektrischer Maschinen in Form von Statoren und Rotoren, wobei die Rolltauchwanne (6) in Sektoren mit Imprägniermitteleinmündungen (1 1 ) unterteilt ist, die durch Schottwände (7) voneinander getrennt sind, wobei zumindest ein mit einer Schottwand (7) verbundenes Dichtelement (8) mit dem rotierenden Bauteil (1 ) in Kontakt steht.

2 Sektorenrolltauchanlage nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Schottwände (7) zumindest teilweise als elastisches Dichtelement (8) ausgebildet sind. 3 Sektorenrolltauchanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das rotierende Bauteil (1 ) und/oder die Rolltauchwanne (6) vertikal schwenkbar gelagert und die Schwenkachsen vorzugsweise mit einem gesteuerten Antrieb verbunden sind, wobei das Bauteil (1 ) über einen Bauteilträger (5) mit einer Transporteinrichtung (19) und einem Antrieb (18) für die Bauteilrotation verbunden ist.

4 Sektorenrolltauchanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur der Rolltauchwanne (6) zum indest abschnittsweise im Abstand von 2 bis 50 mm der Kontur des Bauteils

(1 ) folgt und die verformbaren Dichtelemente (8) an ihren Anbindungen, insbesondere an ihren Enden federnd gelagert oder als Dehnelemente ausgebildet sind.

5. Sektorenrolltauchanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere die

Wickelkopfrolltauchwannensektoren über in Schwenkrichtung geneigte Böden und/oder Imprägniermittelreservoire (9) verfügen.

6. Sektorenrolltauchanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (1 ) und/oder das Imprägnierm ittel (12) mit einem Schwingungserzeuger physikalisch in Verbindung stehen.

7. Sektorenrolltauchanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Rolltauchwanne (6) und/oder das Bauteil (1 ) zumindest teilweise in einer Vakuumeinhausung befinden. 8. Sektorenrolltauchanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schottwände (7) als elastische, sich der Bauteilkontur anpassende Dichtelemente (8) ausgeführt sind, wobei die Dichtelemente (8) vorzugsweise aus Polymeren und/oder

Federblechen bestehen. 9. Sektorenrolltauchanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass insbesondere die imprägniermittelführenden Sektoren der Rolltauchwanne (6) mit einem Kühlaggregat und/oder Heizaggregat verbunden sind.

10. Verfahren zum Imprägnieren von Statoren und Rotoren elektrischer

Maschinen durchgeführt von einer Sektorenrolltauchanlage nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelköpfe (3) und die Planseiten der Blechpaketnuten (4) sich in m it Imprägniermittel (12) gefüllten Sektoren befinden und in der Rolltauchwanne (6) rotieren, wobei sie umlaufend mit dem Imprägniermittel (12) in Berührung kommen und der Innendurchmesser sowie der Außendurchmesser des Blechpaketes frei von Imprägniermittelberührung bleibt.

1 1 . Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der

Imprägniervorgang des rotierenden Bauteils (1 ) variabel in horizontaler Lage oder unter Neigungswinkeln der Rotationsachse (17) erfolgt, wobei die Rolltauchwanne (6) zusammen mit dem Bauteil (1 ) geschwenkt wird, oder einen festgelegten Neigungswinkel hat, auf den das Bauteil (1 ) zum Imprägnieren einschwenkt. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Imprägnieren der beiden Wickelköpfe (3) und der von der Wicklung (2) durchzogenen Blechpaketnuten (4) in drei nacheinander folgenden oder gleichzeitigen Imprägnierschritten erfolgt, wobei bei geneigtem Bauteil (1 ) insbesondere der untere

Wickelkopf (3) wahlweise vom zugeleiteten Imprägniermittel (12) überflutet oder beträufelt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Imprägnieren der Wicklung (2) in radial offenen Rotoren durch einen zentralen in der Rolltauchwanne (6) mit Imprägniermittel (12) gefüllten Sektor erfolgt, wobei das Imprägniermittel (12) von den angrenzenden Planscheiben und Gehäuseteilen des Rotors durch Dichtungen (8) und Schottwände (7) ferngehalten wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Imprägnieren der Wicklung (2) an geschlossenen Rotoren mit Öffnungen in den Planseiten durch zwei getrennte in der Rolltauchwanne (6) mit Imprägniermittel (12) gefüllte

Sektoren erfolgt, die vorzugsweise mit Hilfe von Dichtungen (8) nur die mit Aussparungen versehenen Bereiche der Planflächen benetzen, wobei das Bauteil (1 ) gegen Ende des Imprägniervorganges vorzugsweise geneigt wird um überschüssiges Imprägniermittel (12) auszuleiten.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die in Bezug auf die Rotationsachse (17) des

Bauteils (1 ) vertikal schwenkbare Rolltauchwanne (6) mit ihrem integrierten Imprägnierm ittelreservoir (9) durch vertikales Schwenken das Imprägniermittel (12) vom Imprägniermittelreservoir (9) nach zumindest einem Imprägniersektor der Rolltauchwanne (6) überleitet, wobei das Imprägniermittel (12) durch das Zurückschwenken in die

Horizontale in das Imprägniermittelreservoir (9) zurückfließt und somit das Imprägniermittel (12) nicht mit jedem neuen Bauteil (1 ) der Rolltauchwanne (6) zugeleitet und abgeleitet werden muss und somit schnell an den Imprägnierstellen zur Verfügung steht.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Rolltauchwanne (6) genau so viel Imprägniermittel (12) zugeführt wird wie das Bauteil (1 ) abnimmt, wobei die Tauchwanne temperiert wird und die Kontur sowie die Abmessung der Wanne zumindest in den mit Imprägniermittel (12) beaufschlagten Sektoren geringe Abstände von 2 bis 50 mm aufweisen, um die Verweildauer des Imprägniermittels (12) in der Rolltauchwanne (6) gering zu halten und aufgrund der verringerten Kontaktfläche und Kontaktdauer die Wärmeabfuhr aus dem Bauteil (1 ) zu reduzieren.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das in den Sektoren der Rolltauchwanne (6) befindliche Imprägniermittel (12) vor dem Ausbringen des Bauteils (1 ) aus der Rolltauchwanne (6) und damit vor dem Aufheben des Kontaktes zwischen den Dichtelementen (8) und dem Bauteil (1 ) in vorzugsweise als Zylinder ausgebildete Vorratsbehälter gebracht und nach dem Einbringen des nächsten Bauteils (1 ) in die Rolltauchwanne

(6) zurückgebracht wird, wobei die anschließende Zuförderung von Imprägniermittel (12) exakt der Menge entspricht, die das Bauteil (1 ) zum aktuellen Zeitpunkt und am jeweiligen Sektor aufnimmt oder aufnehmen soll.