DE1040118B

DE1040118B - Elektrische Maschine mit fluessigkeitsdichtem Blechpaket

Info

Publication number: DE1040118B
Application number: DEI9527A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1953-12-21
Filing date: 1954-12-18
Publication date: 1958-10-02
Also published as: FR1124429A; BE534251A; CH343016A

Description

DEUTSCHES

Seit langem wird das Isoliermaterial von Wicklungen elektrischer Maschinen mit Imprägniermitteln behandelt, und die Hohlräume werden mit Füllmassen ausgefüllt zum Schütze gegen den Einfluß von Feuchtigkeit, die Windungsschlüsse oder Erdschlüsse gegen das Eisenpaket und damit Zerstörung der Wicklungen verursachen. Es hat in neuerer Zeit auch nicht an Versuchen gefehlt, durch Verklebung der Eisenbleche des Statorpaketes, das die Wicklungen in Nuten trägt, mit Kunststoffen und Anbringung eines Schutzüberzuges aus Kunststoff an der Eisenoberfläche sowie durch Einbettung der Wicklungen in Kunststoff einen für längere Zeitdauer wirkenden Schutzeffekt gegen Wasser oder korrodierende Flüssigkeiten oder Gase zu erzielen. Das Ziel dieser Bestrebungen lag meist darin, wasserfeste Unterwassermotoren zu bauen, deren Wicklungen in dauerndem Kontakt mit dem Wasser sind.

Die Schwierigkeiten lagen einerseits darin, quellfreie Kunststoffe zu finden, die auch im Laufe der Zeit und bei höherer Temperatur nicht verspröden und zur Rißbildung neigen als Folge der Auswirkungen innerer Spannungen und ungleicher Wärmedehnungskoeffizienten im Vergleich zum Eisen und Kupfer von Statorpaket und Wicklung. Die Gefahr der Rißbildung wird um so größer, je größer die Abmessungen des Statorpaketes, je größer der Unterschied der Temperaturkoeffizienten von Kunststoff einerseits und Eisen respektiv Kupfer andererseits, je höher die Temperatur der Umgebung, je höher die im Kupfer und Eisen durch elektrisch bedingte Verluste und schlechte Wärmeleitfähigkeit des Kunststoffes bedingte Temperaturgefälle im Innern des kunststoff getränkten Wicklungs- und Blechpaketkörpers sind. Endlich zeigen sich auch noch Schwierigkeiten in der relativ geringen Abriebfestigkeit der meisten unverstärkten Kunststoffe, so daß beispielsweise der dünne Schutzbelag im Spalt zwischen Stator und Rotor in der Anwendung bei flüssigkeitslaufenden Motoren und bei Anwesenheit von Schmutzteilchen bald abgerieben war.

Der Erfindungsgegenstand fußt auf der bekannten Technik, Wicklungen von elektrischen Maschinen in Kunstharze, z. B. Epoxyd- oder Polyesterharze, einzubetten, wobei Füll- oder Streckmittel, wie Quarzsand u. dgl., zugemischt werden nicht nur im Interesse der Verbilligung, sondern vor allem im Interesse der besseren "Wärmeleitung und des kleineren Wärmedehnungskoeffizienten der Mischung. Dadurch wird ein geringeres Temperaturgefälle im Wicklungskörper und geringere mechanische Spannungen im Harzkörper und somit größere Rißfreiheit erzielt. Es gelingt so gemäß bekannter Technik relativ leicht, einen harzumhüllten Wicklungskörper zu schaffen, der im Be-Elektrische Maschine
mit flüssigkeitsdictitem Blechpaket

Anmelder:
Fritz Isler, Zürich (Schweiz)

Vertreter: Dipl.-Ing. E. F. Eitner, Patentanwalt,
München 5, Erhardtstr. 8

Beanspruchte Priorität:
Schweiz vom 21. Dezember 1953

reich der Stirnverbindungen der Wicklung, also außerhalb des lamellierten Eisenkörpers, wasserfest ist. Dagegen ist es bedeutend schwieriger, das Eindringen von Wasser zwischen den einzelnen Eisenblechen des Statorpaketes zu verhindern. Da die Wicklungen (meist aus Kupferdraht) auch im Bereich der Nuten des Statoreisenpaketes fest durch das imprägnierende, und porenfüllende Kunstharz eingeschlossen sind und zufolge des Wärmedehnungskoeffizienten 22.1O^-6 für Kupfer sich etwa doppelt so stark bei Erwärmung des ganzen Körpers ausdehnen als das Eisen des Paketes, dessen Koeffizient etwa 11.10—⁶ beträgt, muß es zwangläufig Risse geben im Statorblechpaket. In der Erfindung wird angegeben, wie ein Statorblechkörper selbst unter starken Temperaturschwankungen rißfrei erhalten werden kann.

Ausgehend von einer elektrischen Maschine mit einem flüssigkeitsdichten Blechpaket, das aus abwechselnden Lagen von etwa 0,35 bis 0,5 mm starken genuteten Blechen bzw. von kunstharzgetränkten oder kunstharzbelegten Trägerschichten oder Kunstharzschichten besteht und durch Aushärten des Kunstharzes zu einem flüssigkeitsdichten Blechverbundkörper verfestigt wird, wird erfindungsgemäß die Stärke der Kunstharzträgerschicht oder der Kunstharzschicht so gewählt, daß im fertigen Zustand des Blechpaketes die Stärke dieser Schicht etwa 30 bis 200 °/o der Blechstärke beträgt.

Das Material des Klebers muß hierbei einen größeren Wärmedehnungskoeffizienten aufweisen als das Kupfer. Angenommen, die Schichtdicke des Klebers sei gleich der Dicke eines einzelnen Eisenbleches, so rechnet sich leicht aus, daß für den Fall eines Wär-

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Claims

medehnungskoeffizienten von 33.ΙΟ"-6 für den Kleber das gesamte Eisenblechpaket in axialer Länge (Summe aller Eisenblech- und Kleberschichtdicken) sich bei Erwärmung genau gleich viel dehnt wie die Kupferdrähte in den Nuten innerhalb der Blechpaketlänge (gleiche Temperaturen in Eisen, Kleber und Kupfer angenommen). Tatsächlich haben Epoxydharzkleber je nach dem, wie stark sie mit Füllmitteln, z. B. Quarzmehl, oder mit Faserteppich (Holzschliff- oder Cellulose- oder Glasfaser od. dgl.) als Träger des Harzes gefüllt sind, Wärmedehnungskoeffizienten, die zwischen 25 bis 60.1Cr-6 erreichen. Daher ist es ein leichtes, das Füllungsverhältnis so auf die Schichtdicke der Klebschicht abzustimmen, daß sich das gesamte Blechpaket axial gleich viel dehnt wie das Kupfer in den Nuten. Damit bleibt das Blechpaket spannungs- und rißfrei, und es werden keine Spalten und Ablösungen des Klebers vom Eisenblech auftreten, durch die das Wasser zu den Kupferdrähten in den Nuten des Blechpaketes eintreten und Kurzschlüsse der unter Spannung stehenden Wicklungen einleiten kann. Für das Wesen der Erfindung ist es gleichgültig, ob die Bleche vor den Paketieren bereits mit der Kunstharzschicht oder Kunstharzträgerschicht versehen sind oder ob besondere Zwischenschichten zwischen die Bleche eingelegt werden. Im letzteren Fall handelt es sich um Verwendung eines Harzträgers, wobei das Harz in den Träger und/oder auf den Träger vor dem Zusammenbau des Statorblechpaketes und vor dem Bewickeln und Ausgießen der Wicklung gebracht werden kann. Falls der Harzträger aus saugfähigem Material besteht und das Harz genügend dünnflüssig und im Vakuum oder unter Druck eingebracht wird, ist es möglich, den Harzausguß des Blechkörpers und der Wicklungsköpfe gleichzeitig vorzunehmen. Durch die Anordnung einer so starken Isolationsschicht zwischen den einzelnen Blechen ist es zwecks Vermeidung der magnetischen Übersättigung der Zähne des genuteten Blechkörpers notwendig, entweder die Luftspaltinduktion des magnetischen Kreises herabzusetzen oder die Zähne genügend stark aus zubilden. Meist genügt die normale übliche Dimensionierung der Zähne des genuteten Blechkörpers, weil wasserlaufende Motoren mit oder ohne Spaltrohr im Hinblick auf Blockierungen des Rotors zufolge von Verunreinigungen des Wassers auf jeden Fall einen großen Spalt zwischen Stator und Rotor aufweisen müssen, und aus diesem Grunde zwingt die Forderung nach kleinem Magnetisierungsstrom und geringem magnetischem Geräusch schon zu kleinen Werten der magnetischen Spaltinduktion. Um die Wicklungen von in Flüssigkeit laufenden Motoren unter extremen Temperatur- und Korrosionsbedingungen noch besser zu schützen, ist es zweckmäßig, mindestens auf der der Flüsigkeit zugewandten Seiten des beschriebenen harzimprägnierten Blechpaket- und Wicklungskörpers eine Schutzschicht zusätzlich aufzubringen. Diese besteht in an sich bekannter Weise aus einer dünnwandigen Harzschicht, die im Interesse hoher mechanischer Festigkeit und Rißfreiheit verstärkt werden kann: a) durch elektrisch nichtleitende, wenn möglich flüssigkeitsdichte Folien oder Bänder aus Kunststoff, beispielsweise aus Flüoräthylen, die um den Statorkörper 5, 6 und 8 nach Fig. 1 mindestens im Spaltgebiet und um den Statorkörper 5, 6 und 12 nach Fig. 2 mindestens das Spaltgebiet überlappend bedeckend, gewickelt werden, b) durch Gewebe aus organischen oder anorganischen Fasern, c) durch elektrisch schlecht leitende Metallfolien, Metallgewebe oder Metallbelage, welche nach irgendeinem Verfahren aufgebracht werden, d) durch einen dünnwandigen Metallzylinder, z. B. aus Chrom-Nickelstahl. Der Erfindungsgegenstand sei in Fig. 1 und 2 in der beispielsweisen Anwendung in stopfbüchsenlosen Umwälzpumpen erläutert. In Fig. 1 handelt es sich um einen Außenläufermotor, dessen Statorblechpaket 5 mit Wicklung 6 und Schutzschicht 7 und Harzfüllung 8, wie vorher beschrieben, ausgeführt wird. Die damit verbundene feststehende Hohlwelle, durch die die Wicklungsanschlüsse 9 fortgeführt werden, trägt Lager 4 zur drehbaren Lagerung des Rotorgehäuses 17, des Rotorblechpaketes 1, der Käfigwicklung 2 und des Förderorgans 3. Der Motorblock wird umhüllt durch die Gehäuseteile 10 und 12. In Fig. 2 stellt 5 das Statorblechpaket mit Wicklung 6, Schutzschicht 7 und Harzumguß 12, wie beschrieben, dar. Der Harzumguß 12 mit Füllstoff stellt gleichzeitig einen Gehäuseteil dar, in den eingegossen sich eine Rohrverschraubung 18 befindet und der die Lager 4 trägt. Die Numerierung der andern Motorteile entspricht derjenigen von Fig. 1. Der Erfindungsgegenstand läßt sich natürlich auch auf andere Elektromotorausführungen anwenden, die im Kontakt mit agressiven Flüssigkeiten oder Gasen sind oder die stopfbüchsenlos zusammengebaut sind mit Förderorganen, die Flüssigkeiten oder Gase in vakuum- oder druckfesten Rohrleitungssystemen fördern. P.\ T E N T A N S P I! C C. H E:

1. Elektrische Maschine mit flüssigkeitsdichtem Blechpaket, das aus abwechselnden Lagen von etwa 0,35 bis 0,5 mm starken genuteten Blechen bzw. von kunstharzgetränkten oder kunstharz belegten Trägerschichten oder Kunstharzschichten besteht und durch Aushärten des Kunstharzes zu einem flüssigkeitsdichten Blechverbundkörper verfestigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Kunstharzträgerschicht oder der Kunstharzschicht in fertigem Zustand etwa 30 bis 200°/o der Blechstärke beträgt.

2. Elektrische Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Wicklung tragende Blechpaket im Spalt zwischen Stator und Rotor einen dünnwandigen Schutzmantel aus härtbarem .Niederdruckharz von der Stärke kleiner als 1 mm aufweist.

3. Elektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzmantel mechanisch verstärkt ist durch elektrisch nichtleitende, mindestens flüssigkeitsdichte Folien oder Bänder aus Kunststoff.

4. Elektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzmantel mechanisch verstärkt ist durch Gewebe aus Glasfasern, Kunstfasern u. dgl.

5. Elektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzmantel verstärkt ist durch elektrisch schlechtleitende Metallfolien, Metallgewebe oder Metallbeläge.

6. Elektrische Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schutzmantel durch einen dünnwandigen Metallzylinder verstärkt ist.