SE429592B

SE429592B - Slot wedge for an electrical machine

Info

Publication number: SE429592B
Application number: SE8000052A
Authority: SE
Inventors: C R Ruffing; S A Gause; J C Botts; H E Smith
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Priority date: 1980-01-03
Filing date: 1980-01-03
Publication date: 1983-09-12
Also published as: SE8000052L

Abstract

The invention relates to slot wedges coming into contact with iron arranged to be laid in the winding slots of electrical machines. The invention is characterised in that the slot wedges comprise a fibreglass core impregnated with a thermosetting plastic and covered on at least two sides by an outer layer in the form of a mat of aromatic polyamide fibre impregnated with a thermosetting plastic. By this means slot wedges are obtained which are strong, able to prevent lead displacement and lead vibration and to resist shearing stresses, shrinkage and bending, caused by pressure from the leads that are wedged tight, and heat, and provide a surface coming into contact with iron that has considerable flexibility and the ability to slide, which surface can be compressed (Figure 2). <IMAGE>

Description

800095024: med ett 0,13 - 1,06 mm tjockt band av lindat vävt glas, vilket gav en hög tvärbindningshållfasthet och medger ökat indrivningstryck vid kilinsättning. Bandbeläggningen ökade även skjuvhållfastheten hos kilen, eftersom hälften av glasfibrerna var tvärgående relativt spårkilkärnfibrerna. Dylika kilar verkar emellertid fortfarande av- nötande mot innerkanterna av statorjärntänderna under kilindrivningen. 800095024: with a 0.13 - 1.06 mm thick band of wound woven glass, which gave a high crosslinking strength and allows increased grouting pressure when wedge insertion. The strip coating also increased the shear strength of the wedge, as half of the glass fibers were transverse to the groove wedge core fibers. However, such wedges still wear against the inner edges of the stator iron teeth during wedge drive.

I det amerikanska patentet 3 735 169 beskrivs ett flertal skikt av Kaptonpolyimidfilm eller Nomexfpoly(1,3-fenylenisoftalamid)- polyamid med hög täthet och fiberartat ark sammanlaminerat med klister för att bilda platta sammansatta detaljer. Dessa ark med påfört klister placerades i en klämfixtur och laminerades sedan för att härda klistermaterialet. De bildar styva plastkilar med högtempe- raturdimensionsstabilitet och med de önskade kanalformade spårkil- konfigurationerna utan användning av någon stödkärna. En dylik kon- struktion baserar sig dock på det tunna klisterskiktet för sin stel- het och ger kilar, som fortfarande kunde medgiva väsentlig ledar- _förskjutning och -vibration. Denna typ av kil är praktisk vid mindre konstruktioner, där lindníngskrafterna är ca l,l g/mm spår- killängd men icke för storaelddxdswamaskiner med lindningskrafter av ca 112 g/mm spårkillängd.U.S. Patent 3,735,169 discloses a plurality of layers of Kapton polyimide film or Nomexppoly (1,3-phenylene isophthalamide) - high density polyamide and fibrous sheet laminated with adhesive to form flat composite parts. These sheets of applied adhesive were placed in a clamping fixture and then laminated to cure the adhesive material. They form rigid plastic wedges with high-temperature dimensional stability and with the desired channel-shaped groove wedge configurations without the use of any support core. Such a construction, however, is based on the thin adhesive layer for its rigidity and gives wedges, which could still allow significant conductor displacement and vibration. This type of wedge is practical for smaller constructions, where the winding forces are approx. 1.1 g / mm groove wedge length but not for large fire extinguishers with winding forces of approx. 112 g / mm groove wedge length.

Vad som krävs är en kraftig kil, som kan förhindra ledarförskjut- ning och -vibration och motstå skjuvpåkänningar, krympning och böjning orsakade av de fastkilade ledarnas tryck och värme. Kilen skall även -vilket är mycket betydelsefullt- ge en komprimerbar järnkontaktyta med avsevärd elasticitet och smörjförmåga, som icke kommer att nöta på innerytkanterna av statorlaminattänderna under kilindrivningen.What is required is a strong wedge, which can prevent conductor displacement and vibration and withstand shear stresses, shrinkage and bending caused by the pressure and heat of the wedged conductors. The wedge must also - which is very important - provide a compressible iron contact surface with considerable elasticity and lubricity, which will not wear on the inner surface edges of the stator laminate teeth during wedge drive.

Föreliggande uppfinning innebär sålunda att man åstadkommer en i kontakt medjjärnet kommande spårkil anordnad att förläggas i tand- lindningsspâren i en elektrisk maskin, som kännetecknas av att spår- kilen innefattar en glasfiberkärna impregnerad med en härdplast och på minst två sidor täckt med ett minst 0,13 mm tjockt ytskíkt av en matta av aromatisk polyamidfíber, ímpregnerad med minst 60 vikts% av en härdplast, varvid kilen har en interlaminär skjuvhållfasthet av över ca 2790 g/mm längd vid 10000. Den härdplastimpregnerade aromatis- ka polyamidytan ger på åtminstone de två huvudtandkontaktsidorna ut- märkt smörjförmåga, elasticítet, draghållfasthet och värmestabílitet.The present invention thus provides a groove wedge which comes into contact with the iron and arranged to be placed in the tooth winding grooves in an electric machine, which is characterized in that the groove wedge comprises a glass fiber core impregnated with a thermoset and covered on at least two sides with at least 0 13 mm thick surface layer of a mat of aromatic polyamide fiber, impregnated with at least 60% by weight of a thermoset, the wedge having an interlaminar shear strength of over about 2790 g / mm length at 10000. The thermoset impregnated aromatic polyamide surface gives on at least the two main teeth excellent lubricity, elasticity, tensile strength and thermal stability.

Den har även förmågan att repas under kilindrivningen i stället för att nöta på statortändernas kanter.It also has the ability to be scratched during wedge drive instead of wearing on the edges of the stator teeth.

Den aromatiska polyamiden är.företrädesvís i mattform med tjock- leken 0,127 - 0,65 mm och bildar en 70 - 95 % porös matris för härd- plasten. Mattan impregneras till 60 - 80 vikts% med en härdplast. 3 r aoooosz-4 Glasvävkärnan är 5,08 - 12,7 mm tjock och är impregnerad med #0 - 60 Vikts% härdplast. Denna kombination ger utomordentliga interlaminära skjuvhållfastheter av över 279o g/mm längd vid 1oo°c.The aromatic polyamide is preferably in mat form with a thickness of 0.127 - 0.65 mm and forms a 70 - 95% porous matrix for the thermosetting plastic. The carpet is impregnated to 60 - 80% by weight with a thermosetting plastic. 3 r aoooosz-4 The glass fabric core is 5.08 - 12.7 mm thick and is impregnated with # 0 - 60% by weight of thermosetting plastic. This combination provides excellent interlaminar shear strengths of over 279o g / mm length at 100 ° C.

Den hartsimpregnerade aromatiska polyamidfiltmattan placeras i en lämplig formhålighet med den hartsimpregnerade glasväven ovanpå. Ångpressplåtar användes sedan för att härda hartserna och laminera de båda skikten utan klister till en enhetlig konsoliderad samman- satt artikel. Den organiska Aramidfibermatrisen impregnerad med härdplasten ger ett elastiskt ytskikt, som skyddar innerytkanterna av statorjärnet under fastkilningen och medger användning av glas- kärnmaterial med hög styrka, som tidigare har visat sig utöva nöt- ning, då den användes ensam. Lindningshâllarstagsystemet enligt uppfinningen kontrollerar statorkrafterna från konstant- och kort- slutningstillstånd. Det är särskilt användbart vid tillämpning på stora generatorstatorer.The resin-impregnated aromatic polyamide felt mat is placed in a suitable mold cavity with the resin-impregnated glass fabric on top. Steam press plates were then used to harden the resins and laminate the two layers without adhesive to a uniform consolidated composite article. The organic Aramid fiber matrix impregnated with the thermosetting plastic provides an elastic surface layer which protects the inner surface edges of the stator iron during wedging and allows the use of high-strength glass core materials which have previously been found to exert wear when used alone. The winding holder bracket system according to the invention controls the stator forces from constant and short-circuit states. It is especially useful when applied to large generator stators.

I avsikt att tydligare klargöra uppfinningen visas lämpliga utföranden av densamma på ritningen och skall nedan beskrivas.In order to clarify the invention more clearly, suitable embodiments thereof are shown in the drawing and will be described below.

Fig. l är en tvärsektionsvy av en statortyp för en elektrisk' maskin och visar ett lindningstandspår och en i detta insatt spårkil.Fig. 1 is a cross-sectional view of a stator type for an electric machine and shows a winding tooth groove and a groove wedge inserted therein.

Fig. 2 är en tvärsektionsvy av en typ av spårkil enligt uppfinningen och anger detaljer och kärn- och täckarrangemanget. Fig. 3(a) åskåd- liggör ett sätt att tillverka laminatstapeln för spårkilarna enligt uppfinningen. Fig. 3(b) visar spårkilarna, då de formas i en dubbelhålighetsform. Fig. 4 visar en provningsapparat, som används för att bestämma järnslitaget vid exemplet. _ I fig. l visas metalldelen av en elektrisk maskin såsom en stator l av en konventionell konstruktion bestående av lindningsspår 2, innehållande lindningsledarvarv 3, vilka även kan innehålla kyl- ledningar. Varje lindning begränsas upptill och nedtill av fenol- hartsimpregnerat kraftpapper eller andra lämpliga seperatorarkmate- rial H och omgives av isolation 5 såsom är välkänt inom tekniken.Fig. 2 is a cross-sectional view of a type of groove wedge according to the invention and shows details and the core and cover arrangement. Fig. 3 (a) illustrates a method of manufacturing the laminate stack for the grooves according to the invention. Fig. 3 (b) shows the grooves when they are formed in a double cavity shape. Fig. 4 shows a test apparatus used to determine the iron wear in the example. Fig. 1 shows the metal part of an electrical machine such as a stator 1 of a conventional construction consisting of winding grooves 2, containing winding conductor turns 3, which may also contain cooling lines. Each winding is limited at the top and bottom by phenolic resin impregnated kraft paper or other suitable separator sheet material H and is surrounded by insulation 5 as is well known in the art.

Isolationen 5 kommer att generellt innefatta en fuktmotståndskraftig, elastisk kombination av härdplast och glimmerblad. Spårkilen 6 är en hållare för lindníngsvarven och visas förlagd mellan överledarlind- ningarna och de laminerade statorjärntänderna 7. Spårkilen är insatt mellan tänderna för lindningsspåret och kommer i kontakt med innerytkanterna 8 av statortänderna 7. Innerytan av tänderna är ett spår i de laminerade statorjärnkomponenterna och kan ha ett flertal konfigurationer såsom visas vid.8 eller 9. aoooósz-4 _ Varje stater hos en stor likströmsnlaslciñ innefattar ettflertal kiselstålkärnklipp med låga förluster. En stor generator kan t ex ha diametern 3 m och längden 6,1 m. Den kan innefatta så mycket som ca 12 separata klipp per cm. Varje laminat belägges före stansningen med ett oorganiskt högtemperaturisolationsmaterial, såsom natrium- silikat eller en fosfattypens isolation. Lamineringen stansas sedan, avgradas och förses igen med beläggning. p W De stansade laminaten, vilka har sektionen för statorlindningen, staplas sedan på monteringsbultar och klämmes fast samman genom isolerade genomgångsbultar och omagnetiska fingerplattor för att bilda en statorkropp med lindningsspår och statortänder. Isolationen mellan varje laminatklipp hjälper till med att förhindra'strömför- luster vid arbetstemperaturer utmed utsideytan av statorn. På grund av antalet individuella laminat är det omöjligt att inrikta tand- sektionerna med större tolerans än É 0,25 mm. Därför kommer många avtandkantlaminatenatt sticka ut och utsättas för böjning eller skjuvning av spårkilen under spårkilinföringen. ' ' Om tandkantlaminaten böjes eller skjuvas, kan de-komma i kontakt med varandra, vilket orsakar elektriska kortslutningar och motverkar H ,_ . ändamålet med den interlaminära isolationen. Det är därför väsentligt att spârkilens yttre är i huvudsak smörjande och av en konstruktione- -typ¿ som kan skavas av statortandlamineringarna utan böjning av lamineringarna, under det att den fortfarande bibehåller sin struk- turella integritet. " ' ' Då de isolerade ledarlindningarna och separatorerna är införda på plats i lindningsspåren, drives ett flertal spårkilar 6 på plats genom ett lämpligt indrivningsdon, såsom ett block och en k]ubba.' Friktionskontakt uppkommer mellan spårkiljärnkontaktytterytan och statorjärnlaminatklippen vid tandkantkontaktpunkterna 8 på sidan och bottnen av spårkilen. Generellt har spårkilenheten en längd lika med den för lindningsspåret och består vanligen av ett flertal kilar ungefär 150 mm långa. Därför skulle en 6,1 m lång stator,kunna innehålla 40 spårkilar per spår. Spårkilarna enligt uppfinningen kan lätt gjutas till olika konfigurationer och är lätta att bearbeta. å Enligt fig. 2 har spårkilen 6_en glasfiberkärna 20, t ex av glasväv eller -tyg. Glasfiberkärnan kan vara bearbetad iwarkform men är företrädesvis i spiralform, d v s i lindad eller rullad form såsom visas. En rullad kärna är särskilt användbar, eftersom den ökar den interlaminära skjuvhållfastheten för kärnan med 10 - 20 %.The insulation 5 will generally comprise a moisture-resistant, elastic combination of thermosetting plastic and mica sheets. The groove wedge 6 is a holder for the winding turns and is shown located between the overhead conductor windings and the laminated stator iron teeth 7. The groove wedge is inserted between the teeth of the winding groove and comes into contact with the inner surface edges 8 of the stator teeth 7. The inner surface of the teeth have a plurality of configurations as shown at 8 or 9. aoooósz-4. Each state of a large DC laser includes a plurality of low loss silicon steel cores. A large generator can, for example, have a diameter of 3 m and a length of 6.1 m. It can include as much as about 12 separate clips per cm. Prior to punching, each laminate is coated with an inorganic high temperature insulation material, such as sodium silicate or a phosphate type insulation. The lamination is then punched, deburred and coated again. p W The punched laminates, which have the section for the stator winding, are then stacked on mounting bolts and clamped together by insulated through bolts and non-magnetic finger plates to form a stator body with winding grooves and stator teeth. The insulation between each laminate cut helps prevent current loss at operating temperatures along the outside surface of the stator. Due to the number of individual laminates, it is impossible to align the tooth sections with a tolerance greater than É 0.25 mm. Therefore, many tooth edge laminates will protrude at night and be subjected to bending or shearing of the groove wedge during groove wedge insertion. If the tooth edge laminates are bent or sheared, they may come into contact with each other, causing electrical short circuits and counteracting H the purpose of the interlaminar insulation. It is therefore essential that the outer wedge wedge be substantially lubricating and of a structural type which can be chafed by the stator tooth laminations without bending the laminations, while still maintaining its structural integrity. When the insulated conductor windings and separators are inserted in place in the winding grooves, a plurality of groove wedges 6 are driven in place by a suitable actuator, such as a block and a cube. Frictional contact occurs between the groove iron contact surface and the stator iron laminate clips at the tooth edge contact points 8 on the side and bottom of the groove.In general, the groove wedge unit has a length equal to that of the winding groove and usually consists of a plurality of wedges about 150 mm long. The track wedges according to the invention can be easily molded into different configurations and are easy to process. According to Fig. 2, the track wedge 6 has a glass fiber core 20, for example of glass fabric or fabric.The glass fiber core can be machined in a helical shape but is preferably in a spiral shape. ie in a wound or rolled form as shown, a rolled core is particularly useful because it increases the interlaminar shear strength of the core by 10-20%.

Utanpå kan sålunda kanterna 21 för_en rullad kärna motstå en större rfkraft utåt från de lindningar som hålles i lindningsspåren. Spårkil-pad . v , å I 'fl 'Arts-lf 'š-":§f-'ä3.?5f»;..'~' d' :J ~" 3-' ' - 1~-.- f' d, ;.'&l'.-.'~§.-!:fg-,-'L~'ï*~ r' 2"'- “'^. 1 I »imXEåEÉ-:Y-EF'V"'ê-'.'°f*'«'>'f-ﬁ"tä'&"=<" ~ - - ä Å .' ”_ LJAKIÉ? l -älñ'_..^.gi" ~"« 'äs .:. JS.. iHi-'f |ﬂn.w~..: .se i ' ___;:_ L: g. ' 5 8000052-4 'kärnan impregneras med en härdplast såsom t ex ett fenolharts eller ett epoxiharts, vilka båda är välkända inom tekniken. Dessá'hartser kan innehålla ett flertal välkända härdare, acceleratorer och inhibitorer. M Glasvävnaden, som används i kärnan, kommer att ha en tjocklek av ca 0,07 - 0,25 mm. Efter överlappning eller rullning och härdning i formen kommer glasvävnaden att åstadkomma en kärna, som har tjock- leken 5,1 - 12,7 mm. Den impregneras med HO - 60 vikts% av en härd- plast, baserat på hartsets plus glasvävens vikt. Tjocklekar under 5,08 mm och hartsfyllningar under H0 vikts% kommer att ge upphov til fickor, vilka allvarligt försämrar kärnans hållfasthet.On the outside, the edges 21 of a rolled core can thus withstand a greater force outwards from the windings held in the winding grooves. Track wedge pad. v, å I 'fl' Arts-lf 'š - ": §f-'ä3.? 5f»; ..' ~ 'd': J ~ "3- '' - 1 ~ -.- f 'd, ;. '& l' .-. '~ § .- !: fg -, -' L ~ 'ï * ~ r' 2 "'-“' ^. 1 I »imXEåEÉ-: Y-EF'V" 'ê - '.' ° f * '«'> 'f- ﬁ" tä' & "= <" ~ - - ä Å. ' ”_ LJAKIÉ? L -älñ '_ .. ^. Gi" ~ "«' äs.:. JS .. iHi-'f | ﬂ n.w ~ ..: .se i '___;: _ L: g. The core is impregnated with a thermoset such as a phenolic resin or an epoxy resin, both of which are well known in the art. These resins may contain a variety of well known hardeners, accelerators and inhibitors. The glass fabric used in the core will to have a thickness of about 0.07 - 0.25 mm After overlapping or rolling and curing in the mold, the glass fabric will produce a core, which has a thickness of 5.1 - 12.7 mm, it is impregnated with HO - 60 % by weight of a resin plastic, based on the weight of the resin plus the glass fabric, Thicknesses below 5.08 mm and resin fillings below H0% by weight will give rise to pockets which seriously impair the strength of the core.

Glasfiberkärnan täckas på åtminstone två sidor av en aromatisk polyamidmatta, d v s filt, i form av en beklädnad, som har minst 70 % porös struktur, generellt 70 - 95 % porositet före harts- ímpregneringen, Denna låga densitet medger en mycket kraftig harts- fyllning inom en seg Aramidmatris med exceptionell draghållfasthet.The glass fiber core is covered on at least two sides by an aromatic polyamide mat, ie felt, in the form of a lining, which has at least 70% porous structure, generally 70-95% porosity before the resin impregnation. This low density allows a very strong resin filling within a tough Aramid matrix with exceptional tensile strength.

Beläggningen lamineras och fästes integrerande vid åtminstone de mot tanden vända, i ingrepp med järnet kommande sidutorna 2l av kärnan . och generellt även för lätt påföring vid översidan 22 och den i kon- takt med järnet kommande kanten av bottenytan 23. Detta ger en spårkil, som har en överyta 2%, en undre, mot lindningen vänd yta 25. de i kontakt med järnet kommande kanterna 26, vilka kommer att an- ligga mot statorns tänder, och två primära, i kontakt med järntänder- na kommande sidor 27.The coating is laminated and attached integrally to at least the tooth faces 2l of the core facing the tooth facing the iron. and generally also for light application at the upper side 22 and the edge of the bottom surface 23 coming into contact with the iron. This gives a groove wedge, which has an upper surface 2%, a lower surface 25 facing the winding. the edges 26, which will abut the teeth of the stator, and two primary sides 27 in contact with the iron teeth.

Denna beläggning måste bestå av en hartsimpregnerad matta av aromatisk polyamid. Många andra material såsom aromatiska polyimider är svåra att binda vid glaskärnytan. Beläggningen får icke vara i filmform, eftersom denna typ av beläggning kommer att ha en tendens att skjuvas loss från glaskärnan under inkilningen. Den aromatiska pplyamidmattan är företrädesvis 1 ett enda skikt i ovävd form med tjockleken 0,127 - 0,635 efter gjutning. Mattan ger en matris med 5 - 30 volyms% teoretisk densitet, d v s 70 - 95 % porositet, som impreg- neras med 60 - 80 vikts% härdplast, baserat på harts- plus mattvikt.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 shear loose from the glass core during wedging. The aromatic plyamide mat is preferably in a single layer in nonwoven form with a thickness of 0.127 - 0.635 after casting. The mat provides a matrix with 5 - 30 volume% theoretical density, ie 70 - 95% porosity, which is impregnated with 60 - 80% by weight of thermosetting plastic, based on resin plus mat weight.

Härdplasten kan exempelvis vara ett fenolharts eller ett epoxiharts, som kan innehålla ett flertal välkända härdare, acceleratorer och ínhibitorer. I Tjocklekar av den gjutna polyamidmattan under 0,127 mm ger icke tillräcklig tjocklek för att medgiva beläggningskompression och för att medgiva ett de grova tandkantytorna repar och skaver mot kilen, då denna indrives. Tjocklekar under 0,127 mm kommer att reducera elastioiteten hos beläggningen och orsaka möjliga bristnin- gar eller avnötningar av mattan och kontakt av järntandlaminaten w 800083524; 6 med den nötande glasvävkärnan. Hartsfyllningar under 60 vikts% kommer att allvarligt försämra vidhäftningen av beläggningen vid kärnan, eftersom en del av hartset som används i beläggningen läcker in.i kärnan under högtryckslamineringen, vilket ger utmärkt bindning av de båda komponenterna i laminatet utan användning av klister.The thermosetting resin may be, for example, a phenolic resin or an epoxy resin, which may contain a plurality of well-known hardeners, accelerators and inhibitors. Thicknesses of the cast polyamide mat below 0.127 mm do not provide sufficient thickness to allow coating compression and to allow the coarse tooth edge surfaces to scratch and chafe against the wedge as it is driven. Thicknesses below 0.127 mm will reduce the elasticity of the coating and cause possible cracks or abrasions of the carpet and contact of the iron tooth laminates w 800083524; 6 with the abrasive glass fabric core. Resin fillings below 60% by weight will severely impair the adhesion of the coating to the core, as some of the resin used in the coating leaks into the core during high pressure lamination, providing excellent bonding of the two components of the laminate without the use of adhesive.

Mindre än 60 vikts% harts skulle även minska smörjningsförmågan hos beläggningen och dess förmåga att upptaga den mekaniska skrapningen och repningen av tandklippen.Less than 60% by weight of resin would also reduce the lubricity of the coating and its ability to absorb the mechanical scraping and scratching of the tooth clippings.

En helt igenom aromatisk polyamidspårkil är icke användbar för stora elektriska nmskümn=pägrund av mycket kraftig krympning och krypning vid arbetstemperaturerna. Det föredragna tjockleksförhål- landet för impregnerat glasfiberskikt:impregnerat aromatiskt poly- amidytskikt är l0:l - lOO:l. Ett förhållande mindre än l0:l kommer att orsaka krympningsproblem. Ett förhållande över lOO:l,d v s mycket tunt täckskikt,kommer att orsaka ev nötningsproblem.A fully aromatic polyamide groove wedge is not usable for large electrical nmskümn = due to very strong shrinkage and creep at the operating temperatures. The preferred thickness ratio for impregnated glass fiber layer: impregnated aromatic polyamide surface layer is 10: 100 - 100: 1. A ratio less than l0: l will cause shrinkage problems. A ratio above 100: 1, i.e. a very thin cover layer, will cause possible abrasion problems.

Aromatisk polyamid i garn-, pappers-, matt- och fiberform är välkänd inom.tekniken och innefattar aromatiska ringar förenade av karbonamidlänkar ' “ 0 -_-<';_____NH__- Dylika aromatiska nylonmaterial har ett brett område av kemiska och fysikaliska egenskaper och har utmärkt värmestabilitet. De kan tillverkas genom att reagera en aromatisk diamin med en aromatisk diacidklorid i ett vattensystem. En fullständig beskrivning av deras egenskaper och syntes finns i t ex de amerikanska patenten 3 671 SHZ och 3 240 760. Dessa Aramider används vid uppfinningen i form av trådmattor med hög molekylvikt. Dessa fibermattor innefattar väsent- ligen runda fibertrådar med en ungefärlig genomsnittsdiameter av 0,0025 - 0,0203 mm. Mattan kan även innehålla fibridbindarpartiklar.Aromatic polyamide in yarn, paper, mat and fiber form is well known in the art and includes aromatic rings joined by carbonamide linkages. "0 -_- <'; _____ NH __- Such aromatic nylon materials have a wide range of chemical and physical properties and have excellent 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 synthesis can be found in, for example, U.S. Patents 3,671 SHZ and 3,240,760. These Aramids are used in the invention in the form of high molecular weight wire mats. These fiber mats comprise substantially round fiber strands having an approximate average diameter of 0.0025 - 0.0203 mm. The mat may also contain fibrid binder particles.

Mattan har 90 - 100 % elasticitet mot kompression, d v s den kommer att lätt absorbera slag och återgå till sin ursprungsform. Sådan elasticitet bibehålles i hög utsträckning även då mattan fylls med ett harts.The carpet has 90 - 100% elasticity against compression, ie it will easily absorb blows and return to its original shape. Such elasticity is maintained to a large extent even when the carpet is filled with a resin.

Den mest föredragna aromatiska polyamiden är en poly(fenylenftal- amid) med en draghållfasthet av över ca 6330 kg/cm2 och företrädesvis över 17580 kg/cm2 och en elasticitetsmodul av över 0,14 x 106 och företrädesvis över 0,7 x l06kg/cm2. Ett exempel på denna typ av mate- rial bestâr väsentligen av återkommande enheter av poly(l,4-fenylen- teraftalamid): 7 800005241 0 O Il II ---- I och beskrivas såsom Kevlar av Gan och andra i vol. 19 av Journal of Applied Polymer Science, sid 69 - 82 (1975). Dragningsegenskaperna ger en tillräckligt nära anpassning till glaset i kärnan, som har en draghållfasthet av ca lÄ60 - 28120 kg/cmz och en elasticitetsmodul av ca 0,7 X 106 kg/cm2.The most preferred aromatic polyamide is a poly (phenylene phthalamide) having a tensile strength of over about 6330 kg / cm 2 and preferably over 17580 kg / cm 2 and a modulus of elasticity of over 0.14 x 10 6 and preferably over 0.7 x 10 6 kg / cm 2 . An example of this type of material consists essentially of recurring units of poly (1,4-phenylene terephthalamide): 7 800005241 0 O II II ---- I and is described as Kevlar by Gan and others in vol. 19 of the Journal of Applied Polymer Science, pp. 69-82 (1975). The tensile properties give a sufficiently close adaptation to the glass in the core, which has a tensile strength of approx. 60 - 28120 kg / cm 2 and a modulus of elasticity of about 0.7 X 106 kg / cm 2.

Genom att noga anpassa värdena av de båda komponenterna hos det sammansatta laminatet föreligger mindre risk för delaminering under tryck av lindningar och temperaturer, som föreligger vid stora elektriska maskiner, vilka kan vara 83,7 - l67,H g/mm hos spårkilen vid 75 - l25°C. Ej heller behöver något klister användas för att binda Aramiden och glaset samman. De aromatiska polyamiderna ger, då de är i porös mattform, en matris med 5 - 30 volyms% densitet för härdpalsten. Den impregnerade härdade mattan är elastisk, flexibel och har smörjningsegenskaper, vilket medger att den absorberar skrapningskontakt med grova ytor.By carefully adjusting the values of the two components of the composite laminate, there is less risk of delamination under pressure of windings and temperatures present in large electrical machines, which can be 83.7 - l67, H g / mm of the groove wedge at 75 - 125 ° C. Nor does any adhesive need to be used to bond the Aramid and the glass together. The aromatic polyamides, when in porous mat form, give a matrix with 5 - 30% by volume density of the curing resin. The impregnated hardened mat is elastic, flexible and has lubricating properties, which allows it to absorb scraping contact with rough surfaces.

Fig. 3(a) visar den aromatiska polyamidfilten 31 impregnerad med hartset och en rulle av impregnerad glasväv 32. De placeras i formen 35 med tillhörande ångplåtar 36, visat i fig. 3(b).Fig. 3 (a) shows the aromatic polyamide felt 31 impregnated with the resin and a roll of impregnated glass fabric 32. They are placed in the mold 35 with associated steam plates 36, shown in Fig. 3 (b).

Uppfinningen skall nedan beskrivas i samband med följande ._\ exempel.The invention will be described below in connection with the following examples.

Exempel Flera hartsimpregnerade aromatiska polyamidbeklädda glasbaserade spårkilar tillverkades. En glasvävsremsa nr 7628 med bredden 60,33 mm och tjockleken 0,25 mm impregnerades med en acetonlösning av ett bisfenol-A-epoxiharts med en epoxiekvivalentvikt av 450- 550 (för- såld av Shell Chemical Co såsom EPON 1001) med användning av tri- mellitanhydrid som katalysator. Detta impregnerade band fördes genom ett behandlingstorn vid l#0°C för att avdunsta acetonlösnings- medlet. Detta gav ett B-stadiums, icke klibbigt band med ca 50 - 55 vikts% hartsfyllning, vilket skars till en längd av 150 cm.Example Several resin-impregnated aromatic polyamide-coated glass-based grooves were manufactured. A glass strip No. 7628 with a width of 60.33 mm and a thickness of 0.25 mm was impregnated with an acetone solution of a bisphenol-A epoxy resin having an epoxy equivalent weight of 450-550 (sold by Shell Chemical Co as EPON 1001) using tri intermediate titanium anhydride as catalyst. This impregnated tape was passed through a treatment tower at 1 # 0 ° C to evaporate the acetone solvent. This gave a B-stage, non-stick band with about 50 - 55% by weight of resin filling, which was cut to a length of 150 cm.

En 75 % porös, d v s 25 volymsprocent tät remsa av aromatisk polyamid med hög elasticitetsmodul och ovävd mattfilt med vikten 2,37 g/m2, en draghållfasthet av ca 21090 - 28125 kg/cm2 och ca 95 % elasticitet (beskriven såsom primärt poly-l,4-fenylentereftalat- amid, i handeln förekommande såsom Kevlar 29 från E.I. DuPont De Nemours & Co.), med bredden 88,9mmi och tjockleken 3,175 mm,impregne- rades med en metanollösning av fenolformaldehydharts. Detta impreg- 80lÛOÛ-52-l4 e nerade band fördes genom ett behandlingstorn vid ca l40°C för att avdunsta lösningsmedlet. Detta härdade delvis hartset i bandet och gav ett torrt förimpregnerat ämne med ca 70 - 75 vikts% fenolharts i en 25 volyms% Aramidmatris. Bandet skars sedan till längder av 152 mm.A 75% porous, ie 25% by volume dense strip of aromatic polyamide with high modulus of elasticity and nonwoven carpet felt with a weight of 2.37 g / m2, a tensile strength of about 21090 - 28125 kg / cm 2 and about 95% elasticity (described as primary poly-1 , 4-phenylene terephthalate amide, commercially available as Kevlar 29 from EI DuPont De Nemours & Co.), 88.9 mm wide and 3.175 mm thick, was impregnated with a phenolic formaldehyde resin methanol solution. This impregnated belt was passed through a treatment tower at about 140 ° C to evaporate the solvent. This partially cured the resin in the strip and gave a dry pre-impregnated substance with about 70-75% by weight of phenolic resin in a 25% by volume aramid matrix. The strip was then cut to lengths of 152 mm.

Epoxiglasbandet rullades till ett 20 lagers tjockt rör och över- lagrades på fenol-Kevlartäckbandet såsom visas i fig. 3(a). Fenolglas- röret pressades platt och ändarna av fenol-Kevlarbanden böjdes över det avplattade rörets överdel. Ingent klister användes. Denna upp- läggning placerades i en formhålighet såsom visas i fig. 3 (b) och värme- och tryckkonsoliderades mellan varma pressplåtar vid l55°C tunder 0,5 h vid 70,3 kg/cm2. Den sammansatta detaljen fick svalna och avlägsnades sedan för att ge en konsoliderad, bunden laminerad spårkil. Den gjutna sammansatta konstruktionen hade en elastisk, smörjande aromatisk polyamidbeläggning på den korta framsidan, de båda tandkontaktkantsidorna och på kanterna av bottensidan såsom visas i fig. 2. Den aromatiska polyamidbeläggningen komprimerades till en tjocklek av ca 0,381 mm och den aromatiska polyamidmatrisen fylldes med ca 70 vikts% harts. Glasvävkärnan var ca 9,144 mm tjock och var fylld med ca 50 vikts% harts. Det tycktes föreligga en utmärkt bindning mellan de båda klisterfria skikten.The epoxy glass strip was rolled into a 20 layer thick tube and superimposed on the phenol-Kevlar cover strip as shown in Fig. 3 (a). The phenolic glass tube was pressed flat and the ends of the phenolic Kevlar strips were bent over the top of the flattened tube. No glue was used. This arrangement was placed in a mold cavity as shown in Fig. 3 (b) and heat and pressure consolidated between hot press plates at 155 ° C for 0.5 h at 70.3 kg / cm 2. The composite was allowed to cool and then removed to give a consolidated, bonded laminated wedge. The molded composite structure had an elastic, lubricating aromatic polyamide coating on the short front, the two tooth contact edge sides and on the edges of the bottom side as shown in Fig. 2. The aromatic polyamide coating was compressed to a thickness of about 0.381 mm and the aromatic polyamide matrix was filled with about 70 weight% resin. The glass fabric core was about 9.144 mm thick and was filled with about 50% by weight of resin. There seemed to be an excellent bond between the two adhesive-free layers.

Prover gjordes sedan med denna sammansatta artikel med avseende på hâllfasthet och stabilitet. Kilen placerades med framsidan nedåt i en ihålig stålprovfixtur med en efterliknad statoryta. De avsned- dade sidkanterna vilade här på stål i fixturen och en ståltryckstång efterliknande ledarlindningstrycket i statorn pressades mot lind- ningshållarbakdelen av spårkilen. En 30 tons Amsler Universal-' provningsmaskin användes i samverkan med en Baldwin-mikroformarenhet för att mäta'avlänkningen. Provenheten drevs i en ugn med en termo- meter fäst vid artikeln. Interlaminarkilskjuvhållfastheten vid l00°C mättes till ca 3917 g/mm längd av spårkilen. Detta är över 230% relativt det vanliga lindningstrycket 83,7 - l67,# g/mm längd, som föreligger i de störstaelemndskalnaskiner och gott och väl över de 1674 g/mm per längd som är typiskt för fenolhartskraftpappersspår- kilar. D En liknande spårkil provades vid l00°C och l0,5H6 kg/cm2 under 48 h. Detta prov efterliknade aktuella likströmsmaskinfunktionsför- hållanden. Den procentuella tjocklekskrympningen och procentuella böjningen av spårkilen efter avlägsnandet var icke mätbar. Detta innebär en dramatisk förbättring relativt krympningen 2 - 4 % för fenolhartskraftpappersarkspårkilar och 5 % krympning för en helt 9 8000052-'4 igenom Kevlarkil impregnerad med fenolharts. Den observerade krymp- níngen hos Kevlar kräver dess användning i kombination med en glas- kärna för att vara användbar i stora elektriska maskiner.Samples were then made with this composite article for strength and stability. The wedge was placed face down in a hollow steel sample fixture with an imitation stator surface. The bevelled side edges rested here on steel in the fixture and a steel pressure rod mimicking the conductor winding pressure in the stator was pressed against the winding holder rear part of the groove wedge. A 30 ton Amsler Universal test machine was used in conjunction with a Baldwin microforming unit to measure deflection. The sample unit was operated in an oven with a thermometer attached to the article. The interlaminar wedge shear strength at 100 ° C was measured to about 3917 g / mm length of the groove wedge. This is over 230% relative to the usual winding pressure 83.7 - l67, # g / mm length, which is present in the largest element shell machines and well over the 1674 g / mm per length which is typical of phenolic resin kraft grooves. D A similar track wedge was tested at 100 ° C and 10.5H6 kg / cm2 for 48 hours. This test mimicked current DC machine operating conditions. The percentage thickness shrinkage and the percentage bending of the groove wedge after removal were not measurable. This means a dramatic improvement relative to the shrinkage of 2 - 4% for phenolic resin kraft paper wedges and 5% shrinkage for a complete 9 8000052-'4 through Kevlarkil impregnated with phenolic resin. The observed shrinkage of Kevlar requires its use in combination with a glass core to be useful in large electrical machines.

Slitageprov gjordes med användning av en bearbetad solid Aramid~ spårkil och en provningsfixtur, visad i fig. Ä. Fixturen H0 inne- fattade en 127 mm lång stapel av laminerade klipp, vart och ett isolerat från de andra genom en fosfattypens isolation. Det var ca l2 klipp per cm fixturlängd. Spårkilen bestod av ett gjutet block av ark av fenol-hartsimpregnerad aromatisk Kevlarpolyamid. Det gjutna blocket var ca 1,016 mm tjockt, 190,5 mm långt och med en 25 volym% aromatisk polyamidmatris fylld med ca 75 vikts% fenolharts. Färgen hos kilen var ljusgul. Blocket bearbetades till en längd av 2M,79 Ü 0,381 mm med en radie av O,787H mm vid sina ändar såsom visas vid 40 i fig. H. En liknande kil bearbetades från ett 1,016 mm tjockt gjutet block av epoxihartsimpregnerad glasduk. Båda kilarna bearbeta- des till exakt överensstämmande dimensioner. Avståndet mellan den djupaste delen #1 av tanden #2 hos fixturen var 25,k mm. Bultar 43 hållande de laminerade klippen hos fixturen samman visas vid Hk.Wear tests were performed using a machined solid Aramid groove wedge and a test fixture, shown in Fig. Ä. The fixture H0 comprised a 127 mm long stack of laminated clips, each insulated from the others by a phosphate type insulation. It was about l2 clips per cm fixture length. The track wedge consisted of a cast block of sheets of phenolic resin impregnated aromatic Kevlar polyamide. The cast block was about 1.016 mm thick, 190.5 mm long and with a 25% by volume aromatic polyamide matrix filled with about 75% by weight of phenolic resin. The color of the wedge was light yellow. The block was machined to a length of 2M, 79 Ü 0.381 mm with a radius of 0.787H mm at its ends as shown at 40 in Fig. H. A similar wedge was machined from a 1.016 mm thick cast block of epoxy resin impregnated glass cloth. Both wedges were machined to exactly matching dimensions. The distance between the deepest part # 1 of the tooth # 2 of the fixture was 25, k mm. Bolts 43 holding the laminated clips of the fixture together are shown at Hk.

Slitageprovet var ett kort mekaniskt tryck-dragslag påförande 'l0,5 kg/cmz kraft mellan kilen och järnet, vilket förde varje kil genom klippen. Nya klipp användes för varje provningsfixtur. Prov- ningen genomfördes vid 25°C. Denna provning liknar mycket nära de verkliga kilindrivningsförhållandena vid generatorstatorer. Både den aromatiska fenolpolyamidkilen och epoxiglasvävkilen fördes genom sina provningsfixturer i ingrepp med järnet 1000 perioder. Järnav- sättningar påträffades på kontaktytorna hos epoxiglasvävkilenß Aromatiska fenolpolyamidkilen syntes ha mindre inverkan på klippen och visade icke några märkbara järnavsättningar på kontaktytorna.The wear test was a short mechanical compressive pull applying '0.5 kg / cmz force between the wedge and the iron, which passed each wedge through the cuts. New clips were used for each test fixture. The test was performed at 25 ° C. This test is very similar to the actual wedge drive conditions of generator stators. Both the aromatic phenolic polyamide wedge and the epoxy glass wedge wedge were engaged through their test fixtures with the iron for 1000 periods. Iron deposits were found on the contact surfaces of the epoxy glass wedge. The aromatic phenolic polyamide wedge appeared to have less effect on the rocks and did not show any noticeable iron deposits on the contact surfaces.

Den aromatiska fenolpolyamidkilen uppvisade mycket mer slitage.The aromatic phenol polyamide wedge showed much more wear.

Svepelektronmikrofoton av klippen vid vardera provningsfixturen undersöktes och klippkanterna i kontakt med den aromatiska fenol- polyamiden uppvisade mycket mindre slitage än klippkanterna i kontakt med epoxiglasvävkilen. Vattenabsorptionsprov genomfördes enligt normerna ASTM D-570, vilket inbegrep neddoppning av prover i 25°C vatten under 2% h. Resultaten var goda med l,l vikts% vattenabsorp- tion för den aromatiska fenolpolyamidepoxiglasvävkilen.Scanning electron micrographs of the cuts at each test fixture were examined and the cutting edges in contact with the aromatic phenolic polyamide showed much less wear than the cutting edges in contact with the epoxy glass wedge. Water absorption tests were performed according to the standards ASTM D-570, which included immersion of samples in 25 ° C water for 2% h. The results were good with 1.1 wt% water absorption for the aromatic phenol polyamide epoxy glass wedge.

Med aromatisk fenol-polyamid belagda epoxiglasvävspårkilar till- verkade enligt ovan provades i längder om ca 150 mm såsom stator- lindningskilsystem i spår hos en stator i en stor tvåpolig ångturbin- generator om 20 kV, 669 MW, med utmärkt resultat. Dessa spårkilar drevs lätt in i spåren, skadade icke järnkantlamineringarna, vilka de kom i kontakt med,och säkerställde den magnetiska integriteten ¶8ÛÛOÛ52-.4 10 för statorkärnenheten. Spårkílarna upprätthöll ävèn rádíaltryck på lindníngarna och höll de pressade lindningarna fast på plats för att hindra vibration.Aromatic phenol-polyamide-coated epoxy glass woven grooves made as above were tested in lengths of about 150 mm as stator winding wedge systems in grooves of a stator in a large two-pole steam turbine generator of 20 kV, 669 MW, with excellent results. These grooves were easily driven into the grooves, did not damage the iron edge laminations with which they came into contact, and ensured the magnetic integrity of the stator core assembly ¶8ÛÛOÛ52-.4. The wedge wedges also maintained radial pressure on the windings and held the pressed windings in place to prevent vibration.

Claims

800005244 11 Patent claims

1. A contact wedge coming into contact with iron arranged to be placed in the winding tooth grooves of an electric machine, characterized in that the groove wedge comprises a glass fiber core impregnated with a thermosetting plastic and covered on at least two sides with a surface layer of at least 0.13 mm mat of aromatic polyamide fiber, impregnated with at least 60% by weight of a thermosetting plastic, the wedge having an interlaminar shear strength of more than about 2790 g / mm length at 10,000.

2. A key wedge according to claim 1, characterized in that the glass fiber core is in a spiral shape and that the surface layer covers the sides of the wedge coming into contact with the iron.

3. A wedge wedge according to claim 1, characterized in that the surface layer is a single layer in nonwoven form and that the thickness ratio between glass fiber core and surface layer is 10: 1 - 10: 0.

Track wedge according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the glass fiber core is 5.08 to 12.7 mm thick and is impregnated with cured epoxy or phenolic resin.

Track wedge according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the surface layer is 0.127 - 0.635 mm thick, impregnated with a cured epoxy or phenolic resin and in that the aromatic polyamide consists essentially of a poly (phenylene phthalamide) of 95 to 100%. compression elasticity

Track wedge according to Claim 5, characterized in that the surface layer consists essentially of a poly (phenylene phthalamide) with a tensile strength of more than 17576 kg / cm

Track wedge according to claim 5, characterized in that the aromatic polyamide consists essentially of poly (1,4-phenylene terephthalamide) -

Track wedge according to Claim 4, 5, 6 or 7, characterized in that the resin core impregnating agent is an epoxy resin and in that the surface layer resin impregnating agent is a phenolic resin.