NO153160B

NO153160B - SPORKILE FOR DYNAMOELECTRIC MACHINES

Info

Publication number: NO153160B
Application number: NO800005A
Authority: NO
Inventors: Charles Robert Ruffing; Smith Anderson Gause; John Charles Botts; Harry Eugene Smith
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1980-01-03
Filing date: 1980-01-03
Publication date: 1985-10-14
Also published as: NO800005L; NO153160C

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en sporkile som har The present invention relates to a track wedge which has

en interlaminar skjærfasthet på over 447,5 kg/cm lengde ved 100°C, til anbringelse i tennene i dynamoelektriske maskiners spolespor, omfattende en glassfiberkjerne impregnert med en herdet herdeplast og dekket, i det minste på to sider, med et beleggsjikt. an interlaminar shear strength in excess of 447.5 kg/cm length at 100°C, for placement in the teeth of dynamo-electric machine coil slots, comprising a glass fiber core impregnated with a hardened thermosetting plastic and covered, at least on two sides, with a coating layer.

Sporkiler er strimler av elektrisk isolerende materiale Track wedges are strips of electrically insulating material

som anvendes for å holde ledere på plass i spolespor i statorer i dynamoelektriske maskiner, såsom generatorer og motorer. which is used to hold conductors in place in coil slots in stators in dynamo-electric machines, such as generators and motors.

Kjente sporkiler har omfattet fenolharpiksimpregnerte, flate kraftpapirarklaminater. Men når de var utsatt for temperaturer i størrelsesorden 100°C ble det etter atskillige års anvendelse i store generatorer og motorer iakttatt noe krymping av kraft-papirlaminatene. Dessuten hadde kraftpapirfenolkilene dårlig interlaminar skjærfasthet og var slipende på innerflatekantene av jernstatortennene under kilens anvendelse. Asbestfenol-sporkiler er blitt godt mottatt idet de har gode stabilitets- Known track wedges have included phenolic resin impregnated flat kraft paper sheet laminates. But when they were exposed to temperatures of the order of 100°C, some shrinkage of the kraft paper laminates was observed after several years of use in large generators and motors. Also, the kraft paper phenolic wedges had poor interlaminar shear strength and were abrasive on the inner surface edges of the iron stator teeth during wedge use. Asbestosphenol track wedges have been well received as they have good stability

og smøreegenskaper, men anvendelsen av asbest anses nå for å and lubrication properties, but the use of asbestos is now considered to

være en mulig helsefare. be a possible health hazard.

Ifølge US-patentskrift 3.437.858 er det forsøkt å av- According to US patent 3,437,858, attempts have been made to de-

hjelpe krympings- og skjærfasthetsproblemene ved anvendelse av polyesterharpiksimpregnert, parallelle glassfibre innehol- help the shrinkage and shear strength problems when using polyester resin-impregnated, parallel glass fibers containing

dende, ekstrudert sporkile som har en kjerne med lav skjærfasthet. Denne struktur omfatter i hver ende et metall- eller glassfiberrør, -stang, -bånd eller -snor som har en meget høy skjærfasthet. Den høyeste skjærfasthet foreligger således i den del av kilen som er i berøring med statortennenes inner- flexible, extruded groove wedge that has a core with low shear strength. This structure comprises at each end a metal or fiberglass tube, rod, band or cord which has a very high shear strength. The highest shear strength is thus found in the part of the wedge that is in contact with the inside of the stator teeth.

flate. Denne kile er belagt med et 127-762 um tykt bånd av omviklet, vevet glass som bevirker en høy tverrbindingsstyrke og muliggjør økt drivkraft ved anbringelsen av kilen. Bånd-belegget øker også kilens skjærfasthet idet halvparten av glass-fibrene løper på tvers av kjernefibrene i sporkilen. Slike kiler vil imidlertid fremdeles være slipende på innerflate- fleet. This wedge is coated with a 127-762 µm thick band of wrapped, woven glass which provides a high cross-link strength and enables increased driving force when placing the wedge. The tape coating also increases the wedge's shear strength, as half of the glass fibers run across the core fibers in the track wedge. However, such wedges will still be abrasive on the inner surface.

kantene av jernstatortennene under kilens anvendelse. the edges of the iron stator teeth during wedge application.

Fra US-patentskrift 3.735.169 er det kjent flerlags fiber- From US patent 3,735,169 it is known multilayer fiber

ark med høy densitet av "Kapton" polyimidfilm eller "Noraex" high density sheets of "Kapton" polyimide film or "Noraex"

(poly-1,3-fenylenisoftalamid) polyamid, som er laminert sammen (poly-1,3-phenylenisophthalamide) polyamide, which is laminated together

med klebemiddel til dannelse av flate, sammensatte ark. Disse ark med påført klebemiddel anbringes i et fastspenningsapparat og lamineres deretter for herding av klebemidlet. De danner stive plastkiler med høy temperaturdimensjonsstabilitet og med ønsket kanalformet sporkileform uten anvendelse av en støttekjerne. En slik konstruksjon er imidlertid avhengig av det tynne klebemiddelsjikt for å oppnå stivhet og vil danne kiler som fremdeles vil kunne tillate betydelig lederforskyv-ning og -vibrasjon. Denne type kiler vil være praktisk for småanvendelser hvor spolekrefter er ca. 179 g/cm sporkilelengde, men ikke for større dynamoelektriske maskiner med spolekrefter på ca. 17.900 g/cm lengde av sporkilen. with adhesive to form flat, composite sheets. These sheets with applied adhesive are placed in a clamping device and then laminated to cure the adhesive. They form rigid plastic wedges with high temperature dimensional stability and with the desired channel-shaped groove wedge shape without the use of a support core. However, such a construction is dependent on the thin adhesive layer to achieve rigidity and will form wedges which will still be able to allow significant conductor displacement and vibration. This type of wedges will be practical for small applications where coil forces are approx. 179 g/cm track wedge length, but not for larger dynamo-electric machines with coil forces of approx. 17,900 g/cm length of the track wedge.

Sporkiler av den innledningsvis angitte type er også kjent fra GB-patentskrift 1.140.594, DE-off.skrift 2.355.516 og US-patentskrift 4.087.712. Track wedges of the type indicated at the outset are also known from GB-Patent 1,140,594, DE-Off.skrift 2,355,516 and US-Patent 4,087,712.

Det som det er behov for er en sterk kile som er i stand til å hindre:lederforskyvning og -vibrasjon og motstå skjær-spenninger, krymping og bøyning forårsaket av trykket fra de kilte ledere og varme. Kilen bør, noe som er meget viktig, What is needed is a strong wedge capable of preventing: conductor displacement and vibration and resisting shear stresses, shrinkage and bending caused by the pressure of the wedged conductors and heat. The wedge should, which is very important,

også oppvise en sammenklembar flate som danner anlegg mot jernet og som har betydelig fjæring og smøreevne og derved ikke virke slipende på innerflatekantene av de laminerte statortenner under kilens drift. also exhibit a squeezable surface which forms contact with the iron and which has considerable springing and lubricating capacity and thereby does not have an abrasive effect on the inner surface edges of the laminated stator teeth during the operation of the wedge.

Sporkilen ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at beleggsjiktet er en matte av aromatisk polyamidfiber impregnert med minst 60 vekt% av en herdet herdeplast. The track wedge according to the invention is characterized by the fact that the coating layer is a mat of aromatic polyamide fiber impregnated with at least 60% by weight of a hardened thermosetting plastic.

Den herdeplastimpregnerte, aromatiske polyamidoverflate, The thermosetting plastic-impregnated, aromatic polyamide surface,

i det minste på de to viktigste sider som kommer i berøring med tennene, bevirker utmerket smøreevne, fjæring, strekkfasthet og varmestabilitet. Det har også evnen til å danne hakk under anbringelse av kilen istedenfor å virke slipende på kantene av statortennene. at least on the two main sides that come into contact with the teeth, results in excellent lubricity, springing, tensile strength and heat stability. It also has the ability to form notches during the application of the wedge instead of abrasively on the edges of the stator teeth.

Det aromatiske polyamid er fortrinnsvis i matteform, The aromatic polyamide is preferably in mat form,

fra 0,127 til 0,635 mm tykk, og danner en 70-95% porøs grunnmasse for herdeplasten. Matten impregneres med fra 60 til 80 vekt% av en herdet herdeplast. Glassfiberkjernen er fra 5,1 from 0.127 to 0.635 mm thick, and forms a 70-95% porous base mass for the thermoset. The mat is impregnated with from 60 to 80% by weight of a hardened thermosetting plastic. The fiberglass core is from 5.1

til 12,7 mm tykk og er impregnert med fra 40 til 60 vekt% herdet herdeplast.. to 12.7 mm thick and is impregnated with from 40 to 60% by weight of hardened thermosetting plastic..

Den harpiksimpregnerte, aromatiske polyamidfiltmatte anbringes i et egnet formhulrom med det harpiksimpregnerte glasstoff anbrakt oppå. Damppresseplater anvendes deretter for herding av harpiksene og laminering av de to sjikt uten klebemidler til et enhetlig, fast sammensatt materiale. Den organiske "Aramid"-fibergrunnmasse, som er impregnert med herdet herdeplast, frembringer et fjærende overflatesjikt som beskytter innerflatekantene på statorjernet under kilens drift og muliggjør anvendelsen av glasskjernematerialer med høy fasthet, som tidligere er funnet slipende når de er blitt anvendt alene. Løsningen ifølge den foreliggende oppfinnelse kontrollerer statorkrefter fra tilstander ved stabil tilstand og kortslutningskretstilstand. Den er særlig anvendbar i store generatorstatorer. The resin-impregnated, aromatic polyamide felt mat is placed in a suitable mold cavity with the resin-impregnated glass fabric placed on top. Steam press plates are then used for curing the resins and laminating the two layers without adhesives into a uniform, solid composite material. The organic "Aramid" fiber matrix, which is impregnated with hardened thermosetting plastic, produces a resilient surface layer that protects the inner face edges of the stator iron during wedge operation and enables the use of high strength glass core materials, previously found to be abrasive when used alone. The solution according to the present invention controls stator forces from states at steady state and short circuit state. It is particularly applicable in large generator stators.

Oppfinnelsen vil bli nærmere forklart i det etterfølgende under henvisning til den medfølgende tegning, hvori: Fig. 1 viser et tverrsnitt av en type stator for en dynamoelektrisk maskin og viser tenner for et spolespor hvori det er anbrakt en sporkile. Fig. 2 viser et tverrsnitt av en utførelsesform av en sporkile ifølge oppfinnelsen, og viser detaljer ved kjerne- The invention will be explained in more detail below with reference to the accompanying drawing, in which: Fig. 1 shows a cross-section of a type of stator for a dynamo-electric machine and shows teeth for a coil track in which a track wedge is placed. Fig. 2 shows a cross-section of an embodiment of a track wedge according to the invention, and shows details of the core

og omviklingsarrangement. and wrapping arrangement.

Fig. 3A viser en fremgangsmåte til fremstilling av laminat-stabelen for sporkilen ifølge oppfinnelsen. Fig. 3B viser dannelsen av sporkilen i en form med to hulrom. Fig. 4 viser et prøveapparat som ble anvendt for bestem-melse av jernavsliping i det etterfølgende eksempel. Fig. 3A shows a method for producing the laminate stack for the track wedge according to the invention. Fig. 3B shows the formation of the track wedge in a mold with two cavities. Fig. 4 shows a test apparatus that was used for determining iron grinding in the following example.

Det henvises til fig. 1 som viser et metallelement, såsom en stator 1, i én dynamoelektrisk maskin. Metallelementet har konvensjonell konstruksjon og består av spolespor 2 som inneholder spolelederviklinger 3, som også kan inneholde kjøle-kanaler. Hver spole er på toppen og ved bunnen avgrenset av fenolharpiksimpregnert kraftpapir eller andre egnete skille-arkmaterialer 4, og omsluttet av isolasjon 5, noe som er vel-kjent på området. Isolasjonen 5 vil vanligvis omfatte en fuk-tighetsbestandig, elastisk kombinasjon av herdeplast og glimmer-flak. En sporkile 6 er en fastspenningsanordning for spole-viklingene og er vist anordnet mellom de øvre viklerledninger og de laminerte jernstatortenner 7. Sporkilen er innsatt mellom tennene i spolesporet og berører inn*f latekanter 8 på statortennene 7. Tennenes innvendige flate danner et hakk i de laminerte statorjernkomponenter og kan ha forskjellige utforminger, som vist ved 8 eller 9. Reference is made to fig. 1 showing a metal element, such as a stator 1, in one dynamo-electric machine. The metal element has a conventional construction and consists of coil tracks 2 containing coil conductor windings 3, which may also contain cooling channels. Each coil is bounded at the top and at the bottom by phenolic resin impregnated kraft paper or other suitable separation sheet materials 4, and enclosed by insulation 5, which is well known in the art. The insulation 5 will usually comprise a moisture-resistant, elastic combination of thermosetting plastic and mica flakes. A slot wedge 6 is a clamping device for the coil windings and is shown arranged between the upper winding leads and the laminated iron stator teeth 7. The slot wedge is inserted between the teeth in the coil slot and touches the inner edges 8 of the stator teeth 7. The inner surface of the teeth forms a notch in the laminated stator iron components and can have different designs, as shown at 8 or 9.

Hver stator i en stor dynamoelektrisk maskiner omfatter et antall utstansete kjerner av lavtaps silisiumstål. F.eks. kan en stor generatorstator være ca. 3,05 m i diameter og ca. 7,1 m lang. Den kan inneholde så mange som 12 separate utstansinger pr. cm. Hvert laminat er før utstansing belagt med en høytemperaturbestandig uorganisk isolasjon, såsom nat-riumsilikat eller en isolasjon av fosfattype. Laminatet blir deretter utstanset, grat fjernes fra det og det belegges igjen. Each stator in a large dynamoelectric machine comprises a number of punched cores of low-loss silicon steel. E.g. can a large generator stator be approx. 3.05 m in diameter and approx. 7.1 m long. It can contain as many as 12 separate punches per cm. Before punching, each laminate is coated with a high-temperature-resistant inorganic insulation, such as sodium silicate or a phosphate-type insulation. The laminate is then punched out, burrs are removed from it and it is coated again.

De utstansete laminatar som har samme tverrsnitt som statorspolen, stables deretter på bolter og klemmes fast sammen ved hjelp av isolerte, gjennomgående bolter og umagne-tiske fingerplater til dannelse av et statorlegeme som er ut-styrt med spolespor og statortenner. Isolasjonen mellom hvert utstanset laminat medvirker til å hindre strømtap ved driftstemperaturer, langs yttersiden av statoren. På grunn av an-tallet individuelle laminater er det umulig å få tannseksjonene til å flukte med større toleranse enn + 0,25 mm. Av den grunn vil mange av tannkantlaminatene rage utad og være utsatt for bøyning eller forskyvning fra sporkilen under anbringelsen av kilen. The punched laminates, which have the same cross-section as the stator coil, are then stacked on bolts and clamped together by means of insulated, through-bolts and non-magnetic finger plates to form a stator body which is equipped with coil slots and stator teeth. The insulation between each punched laminate helps to prevent current loss at operating temperatures, along the outside of the stator. Due to the number of individual laminates, it is impossible to make the tooth sections flush with greater tolerance than + 0.25 mm. For that reason, many of the tooth edge laminates will protrude outwards and be subject to bending or displacement from the track wedge during the placement of the wedge.

Dersom tannkantlaminatene bøyes eller forskyves kan de komme i berøring med hverandre, noe som bevirker elektriske kortslutninger og hindrer formålet med den interlaminare isolasjon. Av den grunn er det vesentlig at sporkilens ytre har vesentlig smøreevne og at den er av en konstruksjon som kan skrapes ved hjelp av statortannlaminatene uten bøyning av laminatene mens dens konstruksjonsmessige helhet bibeholdes. If the tooth edge laminates are bent or displaced, they can come into contact with each other, which causes electrical short circuits and defeats the purpose of the interlaminar insulation. For that reason, it is essential that the outside of the track wedge has substantial lubrication and that it is of a construction that can be scraped with the help of the stator tooth laminates without bending the laminates while maintaining its structural integrity.

Når de isolerte lederviklinger og skillearkene er brakt på plass i spolesporene drives et antall sporkiler 6 på plass ved hjelp av et egnet drivorgan, såsom en blokk og treklubbe. Friksjonsberøring opptrer mellom sporkilens ytterflate, som danner anlegg mot jernet, og statorjernets utstansete laminater i tannkantberøringspunktene 8 på siden og bunnen av sporkilen. Vanligvis har sporkileenheten samme lengde som spolesporet When the insulated conductor windings and the separator sheets have been brought into place in the coil tracks, a number of track wedges 6 are driven into place by means of a suitable driving means, such as a block and wooden mallet. Frictional contact occurs between the outer surface of the track wedge, which forms contact with the iron, and the punched-out laminates of the stator iron in the tooth edge contact points 8 on the side and bottom of the track wedge. Typically, the track wedge assembly is the same length as the coil track

og består vanligvis av et antall kiler som er ca. 15,2 cm lange. En 7,1 m lang stator vil av den grunn inneholde 4 0 spor- and usually consists of a number of wedges that are approx. 15.2 cm long. A 7.1 m long stator will therefore contain 40 tracks

kiler pr. spor. Sporkilen ifølge oppfinnelsen kan lettvint støpes i forskjellige utforminger og er lettvint å maskinbearbeide. wedges per traces. The track wedge according to the invention can easily be cast in different designs and is easy to machine.

Det henvises til fig. 2 hvor sporkilen 6 har en glassfiberkjerne 20, f.eks. av glassvevnad eller -duk. Glassfiberkjernen kan være i en maskinbearbeidet arkform, men er fortrinnsvis i spiralform, dvs. viklet eller rullet form slik som vist. En rullet kjerne er særlig anvendbar idet den øker kjernens interlaminare skjærfasthet med fra 10 til 2 0%. En rullet kjernes ytterkanter 21 kan av den grunn motstå en større utadrettet kraft fra spolene som blir holdt på plass i spolesporene. Sporkilekjernen er impregnert med en herde- Reference is made to fig. 2 where the track wedge 6 has a glass fiber core 20, e.g. of glass fabric or cloth. The glass fiber core may be in a machined sheet form, but is preferably in spiral form, i.e. wound or rolled form as shown. A rolled core is particularly useful as it increases the interlaminar shear strength of the core by from 10 to 20%. A rolled core's outer edges 21 can therefore withstand a greater outward force from the coils which are held in place in the coil grooves. The grooved wedge core is impregnated with a hardening

plast, såsom en fenolharpiks eller en epoksyharpiks som begge er velkjente på området. Disse harpikser kan inneholde forskjellige velkjente herdere, akseleratorer og inhibitorer. plastics, such as a phenolic resin or an epoxy resin, both of which are well known in the art. These resins may contain various well-known hardeners, accelerators and inhibitors.

Glassduken som anvendes i kjernen vil ha en tykkelse på 0,076-0,254 mm. Etter belegging eller rulling samt herding i formen vil glassduken danne en kjerne som har en tykkelse på 5,08-12,7 mm. Den vil være impregnert med fra 40 til 60 vekts% The glass cloth used in the core will have a thickness of 0.076-0.254 mm. After coating or rolling and hardening in the form, the glass cloth will form a core that has a thickness of 5.08-12.7 mm. It will be impregnated with from 40 to 60% by weight

av en herdet herdeplast, regnet av vekten av harpiks pluss glassduk. Tykkelser pa under 5,08 mm og harpiksmengder på of a cured thermoset, calculated by the weight of resin plus glass cloth. Thicknesses of less than 5.08 mm and resin amounts of

under 4 0 vekts% vil bevirke at hulrom reduserer kjernens styrke sterkt. below 40% by weight will cause voids to greatly reduce the strength of the core.

Glassfiberkjernen er dekket i det minste på to sider The fiberglass core is covered on at least two sides

av en matte av aromatisk polyamid, dvs. filt, belegg, som har en minst 70% porøs struktur, vanligvis fra 70 til 95% porøsitet, før impregnering med harpiks. Dens lave densitet muliggjør meget høye harpiksmengder i en seig "Aramid"-grunnmasse som har meget høy strekkfasthet. Belegget lamineres udelt og festes til i det minste de flater 21 av kjernen som vender mot tennene og danner anlegg mot jernet, og vanligvis, of a mat of aromatic polyamide, i.e. felt, coating, having a at least 70% porous structure, usually from 70 to 95% porosity, before impregnation with resin. Its low density enables very high amounts of resin in a tough "Aramid" base material which has very high tensile strength. The coating is laminated undivided and attached to at least the surfaces 21 of the core which face the teeth and form contact with the iron, and usually,

på grunn av enkel påføring, også til den øvre flate 22 og den del av den nedre flate, ved 23, som danner anlegg mot jernet. Dette frembringer en sporkile som har en øvre flate 24, en due to ease of application, also to the upper surface 22 and the part of the lower surface, at 23, which forms abutment against the iron. This produces a track wedge having an upper surface 24, a

nedre flate 2 5 som vender mot spolen, kanter 2 6 som danner anlegg mot jernet og som vil være i berøring med statorens tenner, samt to hovedsider 2 7 som danner anlegg mot jernet og er i berøring med tennene. lower surface 2 5 which faces the coil, edges 2 6 which form contact with the iron and which will be in contact with the stator's teeth, as well as two main sides 2 7 which form contact with the iron and are in contact with the teeth.

Dette belegg må bestå av en harpiksimpfegnert matte av aromatisk polyamid. Mange andre materialer, såsom aromatiske polyimider er vanskelige å feste til glasskjerneoverflaten. Belegget må ikke være i filmform, idet denne type belegg vil ha en tilbøyelighet til å forskyves fra glasskjernen under kilingsoperasjonen. Matten av aromatisk polyamid er fortrinnsvis i ettlags uvevet form, fra 0,127 til 0,635 mm tykk etter støping. Matten danner en grunnmasse med fra 5 til 30 volum% av teoretisk densitet, dvs. fra 70 til 95% porøsitet, som impregneres med fra 60 til 80 vekt% av en herdet herdeplast, regnet av vekten av harpiks pluss matte. Herdeplasten kan f.eks. være en fenolharpiks eller en epoksyharpiks som kan inneholde forskjellige velkjente herdere, akseleratorer og inhibitorer. This coating must consist of a resin-impregnated mat of aromatic polyamide. Many other materials, such as aromatic polyimides, are difficult to bond to the glass core surface. The coating must not be in film form, as this type of coating will have a tendency to be displaced from the glass core during the wedging operation. The mat of aromatic polyamide is preferably in single-layer non-woven form, from 0.127 to 0.635 mm thick after molding. The mat forms a base mass with from 5 to 30% by volume of theoretical density, i.e. from 70 to 95% porosity, which is impregnated with from 60 to 80% by weight of a hardened thermosetting plastic, calculated by the weight of resin plus mat. The thermosetting plastic can e.g. be a phenolic resin or an epoxy resin which may contain various well-known hardeners, accelerators and inhibitors.

Tykkelser på under 0,12 7 mm av den støpte polyamid-harpiks-matte vil ikke bevirke tilstrekkelig tykkelse til å muliggjøre sammentrykning av belegget og til å gjøre det mulig for de rue tannkantflater til å danne hakk i og skrape kilen når denne drives inn. Tykkelser på under 0,127 mm vil redusere beleggets fjæring og eventuelt bevirke at matten revner eller slites istykker og at jerntannlaminatene kommer i berøring med den slipende glassdukkjerne. Harpiksmengder på under 60 vekti vil sterkt redusere beleggets adhesjon til kjernen idet noe av harpiksen som anvendes i belegget siver inn i kjernen under høytrykkslaminatdannelsen og bevirker utmerket festing av de to komponenter i laminatet uten anvendelse av klebemidler. Mindre enn 60 vekt% harpiks vil også nedsette beleggets smøre-evne og dets evne til å absorbere den mekaniske skraping og hakkdannelse fra tannstansingene. Thicknesses of less than 0.127 mm of the cast polyamide resin mat will not provide sufficient thickness to allow compression of the coating and to allow the rough tooth edge surfaces to notch and scratch the wedge as it is driven. Thicknesses of less than 0.127 mm will reduce the coating's springiness and possibly cause the mat to crack or tear to pieces and the iron tooth laminates to come into contact with the abrasive glass doll core. Resin quantities of less than 60% by weight will greatly reduce the coating's adhesion to the core, as some of the resin used in the coating seeps into the core during the high-pressure laminate formation and causes excellent attachment of the two components in the laminate without the use of adhesives. Less than 60% by weight of resin will also reduce the coating's lubricity and its ability to absorb the mechanical scratching and notch formation from the tooth punches.

En sporkile av utelukkende aromatisk polyamid er ikke anvendbar for store dynamoelektriske maskiner på grunn av meget sterk kryping og krymping ved driftstemperaturer. Det foretrukne tykkelsesforhold mellom impregnert glassfiberkjerne-sjikt og impregnert aromatisk polyamidbeleggsjikt er fra 10:1 til 100:1. Et forhold på under 10:1 vil bevirke krympingspro-blemer. Et forhold på over 100:1, dvs. meget tynne beleggsjikt, vil eventuelt bevirke avslipningsproblemer. A slot wedge made entirely of aromatic polyamide is not applicable for large dynamo-electric machines due to very strong creep and shrinkage at operating temperatures. The preferred thickness ratio between impregnated glass fiber core layer and impregnated aromatic polyamide coating layer is from 10:1 to 100:1. A ratio of less than 10:1 will cause shrinkage problems. A ratio of over 100:1, i.e. very thin coating layers, will possibly cause problems with sanding.

Aromatisk polyamid i garn-, papir-,'matte- og fiberform er velkjente på området og inneholder aromatiske ringer som er forbundet med hverandre ved hjelp av karbonamidbindinger Aromatic polyamide in yarn, paper, mat and fiber form are well known in the art and contain aromatic rings linked together by carbonamide bonds

Slike aromatiske nylonmaterialer har et bredt område av kjemiske og fysikalske egenskaper og har meget god termisk stabilitet. De kan "fremstilles ved omsetning av et aromatisk diamin med et aromatisk disyreklorid i et vandig system. En fullstendig beskrivelse av deres egenskaper og fremstilling kan f.eks. finnes i US-patentskrifter 3.671.542 og 3.240.760. Disse "Aramider" anvendes ifølge den foreliggende oppfinnelse i form av filamentmatter med høy molekylvekt. Disse fibrøse matter inneholder stort sett runde fiberfilamenter som har en omtrentlig gjennomsnittsdiameter på fra 0,0025 til 0,02 mm. Matten kan også inneholde fibridbindemiddelpartikler. Matten har fra 90 til .100% elastisitet mot sammentrykning, dvs. at den vil lettvint absorbere støt og vende tilbake til sin opp-rinnelige form. Slik elastisitet bibeholdes i høy grad selv når matten inneholder harpiks. Such aromatic nylon materials have a wide range of chemical and physical properties and have very good thermal stability. They can be "made by reacting an aromatic diamine with an aromatic diacid chloride in an aqueous system. A complete description of their properties and preparation can be found, for example, in US patents 3,671,542 and 3,240,760. These "aramids" are used according to the present invention in the form of high molecular weight filament mats. These fibrous mats contain generally round fiber filaments having an approximate average diameter of from 0.0025 to 0.02 mm. The mat may also contain fibrid binder particles. The mat has from 90 to .100% elasticity against compression, i.e. that it will easily absorb shock and return to its original form.Such elasticity is maintained to a high degree even when the mat contains resin.

Det mest foretrukne aromatiske polyamid er et polyfenylen-ftalamid som har en strekkfasthet på over ca. 6327 kg/cm 2 og fortrinnsvis over 17.575 kg/cm 2, og en strekkmodul pa over The most preferred aromatic polyamide is a polyphenylene-phthalamide which has a tensile strength of over approx. 6327 kg/cm 2 and preferably over 17,575 kg/cm 2, and a tensile modulus of over

4 4 2 4 4 2

14,06 x 10 og fortrinnsvis over 70,3 x 10 kg/cm . Et eksempel på denne type materiale består stort sett av gjentagende enheter av poly(1,4-fenylentereftalamid): 14.06 x 10 and preferably above 70.3 x 10 kg/cm. An example of this type of material consists largely of repeating units of poly(1,4-phenylene terephthalamide):

som er beskrevet, som "Kevlar" av Gan et al. i "Journal of Applied Polymer Science",vol. 19, 1975, p 69-82. Disse strekkegenskaper vil ligge forholdsvis nært opptil tilsvarende for glasset i kjernen, som har en strekkfasthet på fra 14.060 til 28.120 kg/cm<2> og en strekkmodul på ca. 70,3 x IO<4 >kg/cm^. which is described, as "Kevlar" by Gan et al. in "Journal of Applied Polymer Science", vol. 19, 1975, p 69-82. These tensile properties will be relatively close to equivalent for the glass in the core, which has a tensile strength of from 14,060 to 28,120 kg/cm<2> and a tensile modulus of approx. 70.3 x 10<4 >kg/cm^.

Ved å la verdiene for de to komponenter i det laminerte, sammensatte materiale være nært tilpasset hverandre, vil der være mindre sjanse for delaminering ved de spoletrykk- og temperaturer som påtreffes i store dynamoelektriske maskiner, som kan være fra 13,43 til 26,85 kg/cm lengde av sporkilen ved fra 75 til 125°C. Det er heller ikke nødvendig med noe klebemiddel for å feste "Aramid" til glasset. De aromatiske polyamider i porøs matteform gir en grunnmasse med fra 5 tii 3 0 volum% densitet for herdeplasten. Den impregnerte, herdete matte er fjærende, fleksibel og har smøreegenskaper, noe som tillater den å absorbere skrapende berøring med rue overflater. By allowing the values for the two components of the laminated composite material to be closely matched to each other, there will be less chance of delamination at the coil pressures and temperatures encountered in large dynamo-electric machines, which can be from 13.43 to 26.85 kg/cm length of the track wedge at from 75 to 125°C. It is also not necessary to use any adhesive to attach "Aramid" to the glass. The aromatic polyamides in porous mat form provide a base material with from 5 to 30 volume% density for the thermoset. The impregnated hardened mat is resilient, flexible and has lubricating properties, allowing it to absorb scraping contact with rough surfaces.

Fig. 3B viser en aromatisk polyamidfilt 31, impregnert med harpiks, og en rull av impregnert glassvevnad 32. De er Fig. 3B shows an aromatic polyamide felt 31, impregnated with resin, and a roll of impregnated glass fabric 32. They are

anbrakt i en form 35 med tilhørende dampmodell 36, som vist i fig. 3A. placed in a mold 35 with associated steam model 36, as shown in fig. 3A.

Oppfinnelsen vil bli nærmere forklart ved hjelp av etter-følgende eksempel: The invention will be explained in more detail using the following example:

Eksempel Example

Det ble fremstilt atskillige harpiksimpregnerte, aromatisk polyamidbelagte glassbaserte sporkiler. En glassdukstrimmel av modellnummer 7628, 60,325 mm bred og 0,2 5 mm tykk, ble impregnert med en acetonoppløsning av en bisfenol A epoksyharpiks som hadde en epoksyekvivalent på 450-550 ("Epon 1001") under anvendelse av trimellitsyreanhydrid som katalysator. Denne impregnerte strimmel ble ført gjennom et behandlingstårn ved 14 0°C for å fordampe acetonløsningsmidlet. Dette frembrakte en B-trinns, uklebrig strimmel med et harpiksinnhold på 50-55 vekts%, som ble kuttet i lengder på 152,4 cm. Several resin-impregnated, aromatic polyamide-coated glass-based track wedges were produced. A glass cloth strip of model number 7628, 60.325 mm wide and 0.25 mm thick, was impregnated with an acetone solution of a bisphenol A epoxy resin having an epoxy equivalent of 450-550 ("Epon 1001") using trimellitic anhydride as a catalyst. This impregnated strip was passed through a treatment tower at 140°C to evaporate the acetone solvent. This produced a B-stage non-tacky strip with a resin content of 50-55% by weight, which was cut into 152.4 cm lengths.

En 75% porøs, dvs. 2 5 volum% tett strimmel av ikke-vevet filtet matte av aromatisk polyamid, som hadde høy modul og en vekt på ca. 237,4 g/m 2 , en strekkfasthet på 21.090-28.120 kg/cm<2 >og ca. 95% elastisitet (beskrevet hovedsakelig som poly(l,4-fenylentereftalatamid) solgt under varemerket "Kevlar 29", A 75% porous, i.e. 25% by volume, dense strip of non-woven felt mat of aromatic polyamide, which had a high modulus and a weight of approx. 237.4 g/m 2 , a tensile strength of 21,090-28,120 kg/cm<2 >and approx. 95% elasticity (described mainly as poly(l,4-phenylene terephthalate amide) sold under the trade name "Kevlar 29",

88,9 mm bred og 3,18 mm tykk, ble impregnert med en metanol-oppløsning av en fenolformaldehydharpiks. Denne impregnerte strimmel ble ført gjennom et behandlingstårn ved ca. 14 0°C for å fordampe løsningsmidlet. Dette herdet harpiksen i strimmelen delvis og frembrakte en tørr, forimpregnert matte med 70-75 vekts% fenolharpiks i en 2 5 volum% "Aramid"-grunnmasse. Strimmelen ble deretter kuttet i lengder på 15,24 cm. 88.9 mm wide and 3.18 mm thick, was impregnated with a methanol solution of a phenol formaldehyde resin. This impregnated strip was passed through a treatment tower at approx. 14 0°C to evaporate the solvent. This partially cured the resin in the strip and produced a dry, prepreg mat of 70-75% by weight phenolic resin in a 25% by volume "Aramid" matrix. The strip was then cut into 15.24 cm lengths.

Epoksy-glasstrimmelen ble rullet til et 20 lags tykt rør og anbrakt på fenol-"Kevlar"-dekkstrimmelen, som vist i fig. 3A. Fenol-glassrøret ble trykket flatt, og endene av fenol-"Kevlar"-strimlene ble bøyet over den flate rørtopp. Det ble ikke anvendt klebemiddel. Denne anordning ble anbrakt i et formhulrom som vist i fig. 3A og gjort til en enhet mellom varme pressebord ved 15 5°C i h time ved ca. 7 0 kg/cm<2.> Det sammensatte materiale fikk kjølne og ble deretter fjernet, hvorved det var dannet en enhetlig, bundet og laminert sporkile. Det støpte, sammensatte materiale hadde et fjærende, smørende aromatisk polyamidbelegg på den korte frontside, de to tannberørende kantsider og på kantene av bunnsiden, som vist i fig. 2. Det aromatiske polyamidbelegg ble komprimert til en tykkelse på ca. 0,38 mm, og den aromatiske polyamid-grunnmasse ble belastet med ca. 70 vekts% harpiks. Glassduk-kjernen var ca. 9,1 mm tykk og inneholdt ca. 50 vekts% harpiks. Det syntes å være utmerket adhesjon mellom de to klebemiddels-frie lag. The epoxy glass strip was rolled into a 20 ply thick tube and placed on the phenolic "Kevlar" cover strip, as shown in fig. 3A. The phenolic glass tube was pressed flat, and the ends of the phenolic "Kevlar" strips were bent over the flat tube top. No adhesive was used. This device was placed in a mold cavity as shown in fig. 3A and made into a unit between hot press tables at 15 5°C for h hour at approx. 7 0 kg/cm<2.> The composite material was allowed to cool and was then removed, whereby a uniform, bonded and laminated track wedge had been formed. The molded composite material had a resilient, lubricating aromatic polyamide coating on the short front face, the two tooth-contacting edge faces and on the bottom face edges, as shown in fig. 2. The aromatic polyamide coating was compressed to a thickness of approx. 0.38 mm, and the aromatic polyamide matrix was loaded with approx. 70 wt% resin. The glass cloth core was approx. 9.1 mm thick and contained approx. 50 wt% resin. There appeared to be excellent adhesion between the two adhesive-free layers.

Prøver ble utført med dette sammensatte materiale ved-rørende styrke og stabilitet. Kilen ble anbrakt med fronten nedad i et hult stålprøve-fastspenningsapparat som hadde en etterliknet statoroverflate. I denne hvilte de skrå sidekanter på stål i fastspenningsapparatet, og en ståltrykkstang, som simulerte lederviklingstrykk i en stator, ble presset mot spole-kilens spolebeleggsbakside. En 27 tonn Amsler Universal prøve-maskin ble anvendt sammen med en Baldwin-mikroformingsenhet for å måle avbøyning. Prøveenheten ble anvendt i en ovn med et termometer festet til prøvestykket. Den interlaminare kile-skjærfast ved 100°C ble målt til å være ca. 628 kg/cm lengde av sporkilen. Dette er mer enn 23 0% over det vanlige spoletrykk på fra 13,43 til 26,85 kg/cm lengde som foreligger i de fleste store dynamoelektriske maskiner og godt over de 2 68,5 kg/cm lengde som er typisk for sporkiler av fenolharpiks-kraftpapirark. Tests were carried out with this composite material regarding strength and stability. The wedge was placed face down in a hollow steel specimen fixture having a simulated stator surface. In this, beveled side edges rested on steel in the clamping device, and a steel pressure rod, which simulated conductor winding pressure in a stator, was pressed against the coil-wedge's coil coating backside. A 27 ton Amsler Universal testing machine was used in conjunction with a Baldwin microforming unit to measure deflection. The test unit was used in an oven with a thermometer attached to the test piece. The interlaminar wedge shear strength at 100°C was measured to be approx. 628 kg/cm length of track wedge. This is more than 230% above the usual coil pressure of from 13.43 to 26.85 kg/cm length found in most large dynamo-electric machines and well above the 2 68.5 kg/cm length which is typical for track wedges of phenolic resin kraft paper sheets.

En tilsvarende sporkile ble prøvet ved 100°C og 10,55 kg/cm 2 i 4 8 timer. Denne prøve simulerte aktuelle driftsbe-tingelser for dynamoelektriske maskiner. % tykkelseskrymping og % bøyning av sporkilen etter fjerning var ikke målbar. A corresponding track wedge was tested at 100°C and 10.55 kg/cm 2 for 48 hours. This test simulated current operating conditions for dynamo-electric machines. % thickness shrinkage and % bending of the track wedge after removal was not measurable.

Dette er en sterk forbedring i forhold til den 2-4 prosentige krymping for fenolharpiks-kraftpapirarksporkiler og 5 prosen-tig krymping for en kile av bare "Kevlar" impregnert med fenolharpiks. Den iakttatte krymping av "Kevlar" gjør det nødvendig å anvende den i kombinasjon med en glasskjerne for at den skal være anvendbar i store dynamoelektriske maskiner. This is a great improvement over the 2-4 percent shrinkage for phenolic resin kraft paper sheet wedges and the 5 percent shrinkage for a mere "Kevlar" wedge impregnated with phenolic resin. The observed shrinkage of "Kevlar" makes it necessary to use it in combination with a glass core in order for it to be applicable in large dynamoelectric machines.

Slitasjeprøver ble utført under anvendelse av en maskinbearbeidet, fast, "Aramid"-sporkile og et fastspenningsapparat 40 som vist i fig. 4. rastspeiiningsapparatet 40 omfattet en Abrasion tests were performed using a machined, fixed, "Aramid" track wedge and a clamping device 40 as shown in FIG. 4. the rest monitoring device 40 comprised a

12,7 cm lang stabel av utstansete laminater som var innbyrdes isolert med en isolasjon av fosfattype. Der var ca. 11,8 utstansinger pr. cm lengde av fastspenningsapparatet. Sporkilen besto av en støpt blokk av ark av fenolharpiksimpregnert aromatisk polyamid "Kevlar". Den støpte blokk var ca. 1,02 mm tykk, 190,5 mm lang og frembrakte en 25 volum% aromatisk polyamid-grunnmasse som inneholdt ca. 7 5 vekts% fenolharpiks. Kilens 12.7 cm long stack of punched laminates that were mutually insulated with a phosphate type insulation. There were approx. 11.8 punches per cm length of the clamping device. The track wedge consisted of a molded block of sheets of phenolic resin-impregnated aromatic polyamide "Kevlar". The cast block was approx. 1.02 mm thick, 190.5 mm long and produced a 25% by volume aromatic polyamide matrix containing approx. 7 5% by weight phenolic resin. Kilens

farge var lysegul. Blokken ble maskinbearbeidet til en lengde på 24,79 + 0,38 mm med en radius på 0,78 mm i endene, som vist ved 4 0 i fig. 4. En tilsvarende kile ble maskinbearbeidet av en 1,02 mm tykk støpt blokk av epoksyharpiksimpregnert glassduk. Begge kiler ble maskinbearbeidet til nøyaktig over-ensstemmende dimensjoner. Avstanden mellom det dypeste parti 41 av tannen 42 i fastspenningsapparatet var 25,4 mm. Bolter 43 som holdt sammen fastspenningsapparatets utstansinger er vist ved ^44. color was light yellow. The block was machined to a length of 24.79 + 0.38 mm with a radius of 0.78 mm at the ends, as shown at 40 in FIG. 4. A corresponding wedge was machined from a 1.02 mm thick cast block of epoxy resin impregnated glass cloth. Both wedges were machined to exact matching dimensions. The distance between the deepest part 41 of the tooth 42 in the clamping device was 25.4 mm. Bolts 43 which held together the clamping device cutouts are shown at ^44.

Slitasjeprøven omfattet et kort, mekanisk skyve-trekke-slag hvor det ble utøvet en kraft på 10,55 kg/cm 2 mellom kilen og jernet som beveget hver kile gjennom utstansingene. Nye utstansinger ble anvendt for hvert fastspenningsapparat. Prøvingen ble utført ved 2 5°C. Denne prøve simulerte meget godt aktuelle betingelser ved anbringelse av kiler i generatorstatorer. Både kilen av fenol-aromatisk polyamid og kilen av epoksy-glassduk ble beveget gjennom fastspenningsapparatene og var i berøring med jernet i sykluser på 1000. Jernavset-ninger ble funnet på berøringsflatene med kilen av epoksy- The wear test comprised a short, mechanical push-pull stroke where a force of 10.55 kg/cm 2 was exerted between the wedge and the iron which moved each wedge through the punches. New punches were used for each clamping device. The test was carried out at 25°C. This test very well simulated current conditions when placing wedges in generator stators. Both the wedge of phenol-aromatic polyamide and the wedge of epoxy glass cloth were moved through the clamping devices and were in contact with the iron for cycles of 1000. Iron deposits were found on the contact surfaces with the wedge of epoxy

i glassduk. Kilen av fenol-aromatisk polyamid syntes å ha mindre virkning på utstansingene og hadde ikke noen merkbare jern-avsetninger på berøringsflatene. Kilen av fenol-aromatisk polyamid oppviste mye mer slitasje. Elektronmikrografier av utstansingene av hvert fastspenningsapparat ble undersøkt, in glass cloth. The wedge of phenolic aromatic polyamide appeared to have less effect on the punches and did not have any noticeable iron deposits on the contact surfaces. The wedge of phenolic aromatic polyamide showed much more wear. Electron micrographs of the punches of each clamping device were examined,

og kantene som var i berøring med kilen av fenol-aromatisk polyamid viste langt mindre slitasje enn kantene i berøring med kilen av epoksy-glassduk. Vannabsorpsjonsprøver ble utført ifølge standard ASTM D-570, som omfatter neddykking av prøver i 25°C vann i 24 timer. Resultatene var meget gode, 1,1 vekts% vannabsorpsjon for kilen av fenol-aromatisk polyamid-epoksy-glassduk. and the edges in contact with the wedge of phenolic aromatic polyamide showed far less wear than the edges in contact with the wedge of epoxy glass cloth. Water absorption tests were performed according to standard ASTM D-570, which involves immersing samples in 25°C water for 24 hours. The results were very good, 1.1% by weight of water absorption for the wedge of phenol-aromatic polyamide-epoxy glass cloth.

Sporkiler av epoksy-glassduk belagt med fenol-aromatisk polyamid og fremstilt slik som beskrevet ovenfor ble prøvet i lengder på ca. 15,2 cm som et statorviklingskilesystem i sporene i en stator i en stor, topolt dampturbingeneratora, 20 kV, Track wedges of epoxy-glass fabric coated with phenol-aromatic polyamide and produced as described above were tested in lengths of approx. 15.2 cm as a stator winding wedge system in the slots of a stator in a large, two-pole steam turbine generatora, 20 kV,

669 mW, med utmerkete resultater. Disse sporkiler kunne lettvint drives inn i sporene, skadet ikke jernkantlaminatene som de kom i berøring med, hvorved det ble sikret magnetisk integritet hos statorkjerneenheten. Sporkilene opprettholdt også radialt trykk på spolene idet spolene ble trykket tett på plass for å hindre vibrasjon. 669 mW, with excellent results. These slot wedges could easily be driven into the slots, did not damage the iron edge laminates with which they came into contact, thereby ensuring magnetic integrity of the stator core assembly. The track wedges also maintained radial pressure on the coils as the coils were pressed tightly into place to prevent vibration.

Claims

1. Track wedge (6) having an interlaminar shear strength in excess of 447.5 kg/cm length at 100°C, for placement in the teeth of dynamo-electric machine coil tracks, comprising a glass fiber core (20) impregnated with a hardened thermoset and covered, in the the smallest on two sides (21), with a coating layer, characterized in that the coating layer is a mat of aromatic polyamide fiber impregnated with at least 60% by weight of a hardened thermosetting plastic.

2. Track wedge in accordance with claim 1, characterized in that the fiberglass core (20) is in a spiral shape and that the coating layer covers the sides (27) of the wedge (6) that come into contact with the iron.

3. Track wedge in accordance with claim 1, characterized in that the coating layer is a single layer in non-woven form, and that the thickness ratio. between glass fiber core and coating layer is from 10:1 to 100:1.

4. Track wedge in accordance with one of claims 1-3, characterized in that the fiberglass core (20) is from 5.08 to 12.7 mm thick and is impregnated with from 40 to 60% by weight of hardened, epoxy or phenolic resin.

5. Track wedge in accordance with one of claims 1-3, characterized in that the coating layer is from 0.127 to 0.635 mm thick, impregnated with a hardened epoxy or phenolic resin, and that the aromatic polyamide mainly consists of poly-(.ienylene phthalamide) which has from 95 to 100% elasticity against compression.

6. Track wedge in accordance with claim 5, characterized in that the coating layer mainly consists of a poly(phenylene-phthalamide) which has a tensile strength of over 17,575 kg/cm 2.

7. Track wedge in accordance with claim 5, characterized / in that the poly(phenylene phthalimide) mainly consists of poly-(1,4-phenylene terephthalamide).

8. Track wedge in accordance with claim .4, 5, 6 or 7, characterized in that the core resin impregnating agent is an epoxy resin, and that the coating layer resin impregnating agent is a phenolic resin.