Verfahren zur Herstellung unregelmässig geformter, isolierter Spulen für elektrische Maschinen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, zur Herstellung unregelmässig. geformter, isolierter Spu len für elektrische Maschinen.
Bei allen elektrischen Maschinen ist die Isola tion stromführender Leiter eine selbstverständliche Not wendigkeit. Es wurden bisher vielerlei Isolierstoffe und Verfahren zur Isolation von Spulen mit unterschied- lichem Erfolg benützt,<B>je</B> nach besonderer Maschinenart und den vorgesehenen Umgebungsbedingungen.
Unter den bisher an Spulen für elektrische Ma schinen verwendeten Isolierstoffen finden sich. verschie- dene Arten von Elastomeren,. wie z.
B. Silikongummi. Dabei wurde Silikongummi meist in der Form von selbsttragendem oder abgestütztem Band- oder Folien material benützt, das in aufeinanderfolgenden Schichten um die Spule gewickelt wurde, um eine gleichmässige Wandstärke mit der erwünschten dielektrischen Festig keit aufzubauen. Die Leistungsfähigkeit und Zuverlässig keit solcher mit Silikongumrni isolierter Maschinen ist wollbekannt.
Heute liegt das Hauptinteresse bei der Herstellung von elektrischen Maschinen indessen auf der Verminde rung von Arbeits- und Materialkosten. Auf diesem Ge biet ist jedoch das Umwickelungsverfahren der Isolation mit besti'nmten Nachteilen behaftet.
So erschwert das Umwickelungsverfahren. ausser ordentlich das Einhalten genauer Wandstärken,, beson ders dann, wenn es: sich um Spulen unregelmässiger Form handelt,. wie z. B. bei vielen Rotor-, Stator- und Feld spulen elektrischer Maschinen.
Dabei soll unter dem Begriff unregelmässige Form .in dieser Beschreibung stets eine solche Form verstanden werden,. die mehr fache Biegungen. aufweist, deren Krümmungsradien in einer Mehrzahl nichtparalleler Ebenen liegen. Während es durchaus möglich ist, Maschinen zur Umwicklung von Spulen mit Isolierband zu bauen, sind solche.
Ma schinen besonders im Fall unregelmässig geformter Spu- len ausserordentlich teuer. Daher ist meist ein grosser Anteil von Handarbeit notwendig.
Um einige der Nachteile, die mit der Umwicklung der Isolation verbunden sind, zu beheben, wurde vor geschlagen, Giessverfahren anzuwenden, um bestimmte Arten regelmässig:
geformter Spulen in Silikongummi oder in, anderen Isolierstoffen einzubetten. Dabei erspart das Umgiessen der Spule finit Isolation die meisten der für die LTmwickIung sonst notwendigen Arbeitskosten,
vermeidet die mit der Herstellung von Band- oder Folienmaterial verbundenen Kosten und gestattet zu gleich eine gleichmässigere dielektrische Festigkeit zu erzielen.
Derartige Giessverfahren haben sich jedoch bei. un regelmässig: geformten Spulen wie jene für Wicklungen elektrischer Maschinen nicht bewährt.. Eines der dabei auftretenden Probleme ist die Komplexität der Giess form. Ferner ergaben sich Schwierigkeiten,.
den Isolier stoff zum gleichmässigen Umfliessen einer unregelmässig geformten Spule zu bringen, und diese, einmal umgossen, wieder aus der Giessform zu entfernen.
Dementsprechend ermöglicht die vorliegende Erfin dung, ein Verfahren zur Herstellung unregelmässig ge formten isolierter Spulen zu schaffen, bei dem eine Isolation gleichmässiger dielektrischer Festigkeit gewähr- leistet ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch ge kennzeichnet, dass ein elektrischer Leiter zu einer Spule gewickelt wird, diese mit einer biegsamen elektrischen Isolation umgossen und mit der Isolation zusammen zu der unregelmässigen Form verbogen wird.
Dabei sollen die den bekannten Verfahren anhaften den Nachteile vermieden werden. Bei einem Ausfüh rungsbeispiel der Erfindung wird zunächst die zu isolie- rende Spule auf herkömmliche Weise in flacher Form ge wickelt. In dieser Form wird die Spule anschliessend in eine einfache Giessform gebracht und dabei mittels Stif- ten in der richtigen Lage abgestützt.
Anschliessend wird ein Isolierstoff in zähflüssigem Zustand unter Druck oder mittels anderer geeigneter Mittel in die Giessform eingebracht.
Nachdem der Raum um ,die ,Spule und die Stifte herum ausgefüllt worden ist, werden die Stifte zurückgezogen, um der zähen Flüssigkeit zu gestatten, auch den zuvor von den Stiften .eingenommenen Raum auszufüllen. Anschliessend kann die Giessform erwärmt werden, um den Isolierstoff auszuhärten oder zu vul kanisieren.
Anschliessend wird die nun isolierte Spule aus der Giessform entfernt und in ihre endgültige Form auseinandergezogen und verformt, um schliesslich in die Maschine, wofür sie bestimmt ;ist, montieret zu werden.
Anhand des nachfolgend beschriebenen und darge stellten Ausführungsbeispiels des Erfindungsgegenstan des wird dieser näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigt: Fig. 1 in perspektivischer Darstellung eine typische unregelmässig geformte Spule, die nach dem erfindungs- gemässen Verfahren hergestellt wurde, Fig. 2 in perspektivischer Darstellung eine blanke, gewickelte Spule vor ihrer Isolierung und vor der Ver formung zu einer unregelmässig geformten Spule wie in Fig. 1,
Fig. 3 .in teilweise schematischer; perspektivischer Darstellung eine für das Umgiessen der in Fig. 2 ge zeigten, regelmässig geformten Spule geeignete Giess form und Fig. 4 in perspektivischer Darstellung die Spule nach Fig. 2 nach deren Isolation und Entfernung aus der Giessform nach Fig. 3.
In der Zeichnung, wo für entsprechende oder ähn liche Teile die gleichen Hinweisziffern verwendet wer den, ist in Fig. 1 eine allgemein mit 11 bezeichnete elek trisch isolierte Spule dargestellt, die ein Paar davon ab stehende, elektrisch leitende Anschlüsse 12 und 13 @auf- weist. Wie ersichtlich, besitzt die in. Fig. 1 dargestellte Spule eine Mehrzahl von Biegungen mit Krümmungs- radien,
die in eine Anzahl nicht paralleler Ebenen fallen. Diese Spule ist daher gemäss der zuvor gegebenen Definition als von unregelmässiger Form anzusprechen. Die in dieser Figur dargestellte Spule ist von jener Art, die so verformt wurde, um in die Wicklungsnuten eines Rotors, einer Feldwicklung, eines Stators oder eines ähnlichen Teils einer elektrischen Maschine zu passen.
Selbstverständlich können solche Spulen viele verschie dene Formen, annehmen, und die Dargestellte ist nur als Beispiel und nicht als Begrenzung gedacht. Ander seits dürfte auch selbstverständlich sein, dass, wenn eine blanke Spule in dieser Form gewickelt würde, es sehr schwierig sein dürfte, eine Giessform herzustellen, in welcher sich die Spule mit Isolierstoff in gleichmässiger Dicke umgiessen lässt.
Es kann jedoch eine Spule wie die in Fig. 1 darge stellte hergestellt werden, indem zunächst eine blanke Spule mit der erforderlichen Wendungszahl, dem ge wünschten Leiter und einer regelmässigen Form, wie in der in Fig. 2 dargestellten, gewickelt wird, wobei die Enden des Leiters die Anschlüsse 12 und 13 bilden. Selbstverständlich kann der Leiter eine beliebige Quer schnittsform besitzen, auch wenn er in diesem Aus führungsbeispiel zur Illustration rechteckig dargestellt ist.
Wenn erwünscht, kann die blanke Spule in Lack getaucht werden und/oder es können andere,. herkömm liche Mittel vorgesehen werden, um sie zusammen zuhalten. Anschliessend wird die Spule in eine Giessform ein gelegt, die z.
B. die in Fig. 3 dargestellte Form haben kann. Diese Giessform, die etwas schematisch dargestellt ist, besitzt einen Hauptkörper 14 mit einer flachen obe ren Abschlussfläche 16, die Mittel aufweisen kann, wie beispielsweise Gewindebolzen 17, um darauf einen. Dek- kel (nicht dargestellt) zu befestigen, der seinerseits Mittel aufweist, um einen giessfähigen Isolierstoff in flüssigem Zustand unter Druck in die Form einzuspritzen.
,Solche Mittel sind aus der Giesstechnik wohlb@ekannt. Ein der Form der blanken Spule entsprechender Giessraum 18, mit genügend Raum für die Isolation um die Spule, ist als Vertiefung in der oberen Abschlussfläche 16 des Formkörpers 14 ausgebildet.
Am Umfang des Giess raumes 18 kann ein Schlitz 19 für den Durchlass des äusseren Spulenanschlusses 12 und ein ähnlicher Schlitz 21 auf der Innenseite für den inneren Spulenanschluss 13 vorhanden sein.
Die Enden dieser Anschlüsse wer den mit Vorteil blank gehalten für den späteren An schluss in den vorgesehenen elektrischen Kreis. Oder aber diese Anschlüsse können mitumgossen werden, um dann erst beim späteren Anschluss in den elektrischen Kreis wieder abisolieret zu werden.
Um den Aussenumfang und im Boden des Giess raumes 18 sind in einem Abstand voneinander eine Mehrzahl von Stützstiften 23 angeordnet, die sich von dem Giessraum 18 nach aussen erstrecken und dort in Knöpfen 24 oder anderen Griffen enden. Die ,Stifte 23 können eine beliebige Gestalt haben, müssen jedoch zwi schen zwei Endstellungen verschiebbar sein:
einer er sten, in der sie sich in den Giessraum 18 erstrecken, um die blanke Spule darin zu zentrieren und abzu stützen und einer zweheen, in der sie aus dem Giess raum zurückgezogen sind, aber diesen doch noch gegen ein Lecken durch die Durchführungsöffnungen der Stifte abdichten.
Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass man die Stifte mit einem Gewinde vorsieht, das zwischen den zwei Endstellungen schraubbar ist, oder dann dadurch, dass man die Stifte mit einer die eine Endstellung definierenden Feder bewehrt und für die andere Stellung einen Sperrmechanismus vorsieht. Wenn, erwünscht, können auch Heizspulen ;auf herkömmliche Weise in den Formkörper eingebaute werden.
Im beschriebenen Ausführungsbeispiel wird nun die nach Fig. 2 gewickelte Spule in die in Fig. 3 dargestellte Giessform gelegt und darin mittels der Stifte 23 zen triert und festgehalten. Anschliessend wird die Giess- form mit ihrem Deckel verschlossen und Isolierstoff in zähflüssigem Zustand wird unter Druck in den Giess raum eingespritzt, wie dies in der Giessereibechnik üblich ist.
Der Isolierstoff an sich kann ein beliebiger aus einer Anzahl im Handel erhältlicher sein, solange er ein solcher ist, der nach dem Aushärten oder Vulkanisieren einen festen Elastomer bildet. Geeignete Stoffe wie beispiels weise handelsübliche Silikongummimischungen sind wohlbekannt und ihre Eigenschaften sind in im Handel erhältlicher Literatur niedergelegt. Damit dürfte sich an dieser Stelle eine eingehende Beschreibung dieser Iso lierstoffe erübrigen.
Sobald der Giessraum aufgefüllt ist, werden die Stifte aus ihrer innersten Stellung zurückgezogen und zusätz licher Isolierstoff wird eingespritzt, um den zuvor von den Stiften eingenommenen Raum auszufüllen.
Anschlie ssend wird die Giessform unter den erforderlichen Tem peratur- und Druckbedingungen erwärmt, um den Iso- lierstbff auszuhärten oder zu vulkanisieren und schliess- lich wird die umgossene, eingekapselte Spule aus der Giessform entfernt.
Nach der Entfernung aus der Giessform besitzt die Spule etwa die in Fig. 4 dargestellte Gestalt, wobei sie nun als eine einzige die Spule umgebende Isolierstoff- masse 26 erscheint, aus der die beiden Anschlüsse 12 und 13 hervortreten.
Anschliessend wird die Spule auf die z. B. in Fig. 1 dargestellte Gestalt geweitet und verbogen. Infolge der Elastizität der elastomeren Isolation und der homogenen Art des Gefüges, die durch das Umgiessen der Spule bedingt ist, lässt sich das Ausweiten und Verbiegen oder Verformen der Spule ohne Rissgefahr oder ohne ander weitige Gefährdung der dielektrischen Festigkeit der Iso- lätion durchführen.
Bei Verwendung von Silikongummi ist oft eine Nachhärtung wünschenswert, z. B. wurde eine Nacherwärmung auf 200 C während 6 Stunden dazu benützt, um einen Optimalwert an mechanischen und elektrischen Eigenschaften zu erzielen.
Method for producing irregularly shaped, insulated coils for electrical machines The present invention relates to a method for producing irregularly. molded, insulated coils for electrical machines.
In all electrical machines, the insulation of current-carrying conductors is a matter of course. Up to now, various insulating materials and methods for insulating coils have been used with varying degrees of success, <B> depending </B> on the particular type of machine and the intended environmental conditions.
Among the insulating materials previously used on coils for electrical machines are. different types of elastomers. such as
B. silicone rubber. Silicone rubber was mostly used in the form of self-supporting or supported tape or foil material, which was wound around the spool in successive layers in order to build up a uniform wall thickness with the desired dielectric strength. The efficiency and reliability of such machines insulated with silicone rubber is well known.
Today, however, the main interest in the manufacture of electrical machines is the reduction of labor and material costs. In this area, however, the wrapping method of the insulation has certain disadvantages.
This complicates the wrapping process. apart from properly adhering to exact wall thicknesses, especially if it is: bobbins of irregular shape. such as B. in many rotor, stator and field coils of electrical machines.
The term irregular shape should always be understood in this description as such a shape. the more fold bends. whose radii of curvature lie in a plurality of non-parallel planes. While it is entirely possible to build machines for wrapping coils with electrical tape, such are.
Machines, especially in the case of irregularly shaped spools, are extremely expensive. Therefore, a large amount of manual labor is usually necessary.
In order to remedy some of the disadvantages associated with wrapping the insulation, it has been proposed to use casting methods to regularly:
embedded coils in silicone rubber or in other insulating materials. The encapsulation of the coil with finite insulation saves most of the labor costs otherwise necessary for the winding,
avoids the costs associated with the production of tape or film material and at the same time allows a more uniform dielectric strength to be achieved.
However, such casting methods have been used. irregular: shaped coils such as those for windings in electrical machines have not been tried and tested. One of the problems that arises is the complexity of the casting mold. Furthermore, difficulties arose.
to bring the insulating material to flow evenly around an irregularly shaped coil and to remove it from the casting mold once it has been cast around.
Accordingly, the present invention makes it possible to create a method for the production of irregularly shaped insulated coils in which an insulation of uniform dielectric strength is ensured.
The method according to the invention is characterized in that an electrical conductor is wound into a coil, this is encased with a flexible electrical insulation and is bent together with the insulation into the irregular shape.
The disadvantages inherent in the known methods should be avoided. In one embodiment of the invention, the coil to be insulated is first wound in a flat shape in the conventional manner. In this form, the coil is then placed in a simple mold and supported in the correct position by means of pins.
Then an insulating material in a viscous state is introduced into the mold under pressure or by other suitable means.
After the space around the, spool and pins has been filled, the pins are withdrawn to allow the viscous liquid to also fill the space previously occupied by the pins. The mold can then be heated in order to harden or vulcanize the insulating material.
The now isolated coil is then removed from the mold and pulled apart and deformed into its final shape, so that it can finally be installed in the machine for which it is intended.
This is explained in more detail using the exemplary embodiment of the subject of the invention described below and illustrated.
In the drawings: FIG. 1 shows a perspective illustration of a typical irregularly shaped coil which was produced by the method according to the invention, FIG. 2 shows a perspective illustration of a bare, wound coil before it is isolated and before it is formed into an irregularly shaped one Coil as in Fig. 1,
3 in a partially schematic manner; a perspective view of a casting mold suitable for casting around the regularly shaped coil shown in FIG. 2, and FIG. 4 shows a perspective view of the coil according to FIG. 2 after it has been isolated and removed from the casting mold according to FIG. 3.
In the drawing, where the same reference numbers are used for corresponding or similar parts, in Fig. 1, a generally designated 11 electrically insulated coil is shown, which has a pair of standing, electrically conductive terminals 12 and 13 @ on. shows. As can be seen, the coil shown in Fig. 1 has a plurality of bends with radii of curvature,
which fall in a number of non-parallel planes. According to the definition given above, this coil is therefore to be addressed as having an irregular shape. The coil shown in this figure is of the type which has been deformed to fit into the winding grooves of a rotor, field winding, stator or similar part of an electrical machine.
Of course, such coils can take many different forms and what is shown is intended only as an example and not as a limitation. On the other hand, it should also be self-evident that if a bare coil were wound in this form, it would be very difficult to produce a casting mold in which the coil can be encapsulated with insulating material in a uniform thickness.
However, a coil like that shown in Fig. 1 Darge can be produced by first winding a bare coil with the required number of turns, the desired conductor and a regular shape, as shown in FIG. 2, with the ends of the conductor form the connections 12 and 13. Of course, the head can have any cross-sectional shape, even if it is shown in this exemplary embodiment from rectangular for illustration.
If desired, the bare coil can be dipped in lacquer and / or others can. conventional means are provided to hold them together. Then the coil is placed in a mold that z.
B. can have the form shown in FIG. This mold, which is shown somewhat schematically, has a main body 14 with a flat obe Ren end surface 16, which may have means, such as threaded bolts 17, to a. To fasten the lid (not shown), which in turn has means for injecting a pourable insulating material in a liquid state under pressure into the mold.
Such means are well known from casting technology. A casting space 18 corresponding to the shape of the bare coil, with sufficient space for the insulation around the coil, is designed as a recess in the upper end surface 16 of the molded body 14.
A slot 19 for the passage of the outer coil connection 12 and a similar slot 21 on the inside for the inner coil connection 13 can be provided on the circumference of the casting space 18.
The ends of these connections are advantageously kept bare for later connection in the intended electrical circuit. Or these connections can also be encapsulated in order to be stripped again only when the connection to the electrical circuit is made later.
Around the outer circumference and in the bottom of the casting space 18 a plurality of support pins 23 are arranged at a distance from one another, which extend outwardly from the casting space 18 and end there in buttons 24 or other handles. The pins 23 can have any shape, but must be able to be moved between two end positions:
one he most, in which they extend into the casting room 18 to center the bare coil in it and support AB and a two in which they are withdrawn from the casting room, but this still against leakage through the openings of the pins seal.
This can be achieved, for example, by providing the pins with a thread that can be screwed between the two end positions, or by armoring the pins with a spring that defines one end position and providing a locking mechanism for the other position. If desired, heating coils can also be built into the molded body in a conventional manner.
In the described embodiment, the coil wound according to FIG. 2 is now placed in the casting mold shown in FIG. 3 and zen therein by means of the pins 23 and held. The casting mold is then closed with its lid and insulating material in a viscous state is injected under pressure into the casting space, as is customary in foundry technology.
The insulating material per se can be any of a number of commercially available materials so long as it is one which forms a solid elastomer after curing or vulcanization. Suitable substances such as commercially available silicone rubber compounds are well known and their properties are set out in commercially available literature. A detailed description of these insulating materials should therefore be superfluous at this point.
As soon as the casting space is filled, the pins are withdrawn from their innermost position and additional insulating material is injected in order to fill the space previously occupied by the pins.
The casting mold is then heated under the required temperature and pressure conditions in order to cure or vulcanize the insulating material, and finally the encapsulated, encapsulated coil is removed from the casting mold.
After removal from the mold, the coil has approximately the shape shown in FIG. 4, it now appearing as a single insulating material compound 26 surrounding the coil, from which the two connections 12 and 13 protrude.
Then the coil is on the z. B. shape shown in Fig. 1 expanded and bent. As a result of the elasticity of the elastomeric insulation and the homogeneous nature of the structure, which is caused by the encapsulation of the coil, the coil can be expanded, bent or deformed without the risk of cracking or any other risk to the dielectric strength of the insulation.
When using silicone rubber, post-curing is often desirable, e.g. For example, post-heating to 200 ° C. for 6 hours was used to achieve optimum mechanical and electrical properties.