DE1806463B2

DE1806463B2 - Verfahren zur isolierung elektrischer wicklungen von rotoren elektrischer maschinen

Info

Publication number: DE1806463B2
Application number: DE19681806463
Authority: DE
Inventors: Paul Beifort Koechlin (Frankreich)
Original assignee: Societe Unelec, Paris
Priority date: 1967-11-03
Filing date: 1968-10-31
Publication date: 1976-12-23
Also published as: DE1806463A1; FR1549535A; GB1225546A; US3562569A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Isolierung elektrischer Wicklungen, die im Innern von in Magnetblechen von Rotoren elektrischer Maschinen ausgesparten Nuten angeordnet sind, mittels eines wärmehärtbaren synthetischen Harzes, das unter Vakuum in eine Form gegossen wird, wobei die Form zum einen durch die Nuten und zum anderen durch eine den Rotor umgebende Umhüllung gebildet wird.

Bei der Herstellung von Rotoren elektrischer Maschinen ist es häufig nötig, einen sehr guten Schutz der Wicklungen gegenüber den Magnetblechen oder anderen metallischen Teilen zu gewährleisten. Tatsächlieh und insbesondere im Fall von völlig geschlossenen Maschinen mit Innenlüftung ist häufig Kohlenstaub, der durch Abnutzung der Bürsten auf dem Kollektor hervorgerufen wird, der Grund für eine Herabsetzung des Isolationswiderstandes, die zu Überschlägen führen kann. Das Eindringen von Feuchtigkeit, die auf Kondensation oder auf den Eintritt von Wasser zurückzuführen ist, kann zu dem gleichen Ergebnis führen. Um diese Nachteile zu beseitigen, ist es bekannt, die Wicklungen mit einer wärmehärtbaren synthetisehen Beschichtung zu behandeln. Um den Schutz noch zu verbessern, ist es ferner möglich, die verbleibenden Hohlräume mit Kitt zu füllen. Diese verschiedenen Vorgänge ermöglichen nicht immer, eine vollkommene Dichtigkeit zu erreichen, insbesondere in dem kritischen ss Bereich, in welchem die verschiedenen Windungen der Wicklung zum Kollektor geführt sind.

Es ist auch bekannt (DT-PS 12 23 938), die Isolation mittels eines wärmehärtbaren synthetischen Harzes, das unter Vakuum gegossen wurde, zu bilden. Diese Maßnahme gewährleistet eine Dichtigkeit und einen vollkommenen Schutz der Wicklung. Tatsächlich ist es nicht nötig, eine Isolation der Leiter untereinander und gegenüber den metallischen Teilen des Rotors, insbesondere in den Nuten, mit Isolliermitteln zu bilden, die hervorragende elektrische und mechanische Eigenschaften besitzen. Man verwendet poröse Isoliermittel, wie Gewebe, Filze oder aus synthetischen Fasern gebildete Bänder. Während des Vakuumgießens imprägniert das Harz diese Gewebe, Filze oder Bänder und teilt ihnen so alle elektrischen, mechanischen und thermischen Eigenschaften mit, die für einen guten Betrieb der Maschine erforderlich sind. Diese Methode ermöglicht ebenfalls eine gute Kühlung der Kupferleiter und eine gute Verteilung der Temperaturen längs der Wicklung.

Bei diesem Verfahren besteht jedoch der Nachteil, daß eine dichte Form mit einem hohen Herstellungspreis gebildet werden muß, die nach Beendigung des Gießvorgangs abgebaut werden muß.

Isolationen elektrischer Wicklungen, die im Innern von in Magnetblechen von Rotoren elektrischer Maschinen ausgesparten Nuten angeordnet sind, mittels eines wärmehärtbaren synthetischen Harzes, das unter Vakuum in eine Form gegossen wird, wobei die Form zum einen durch die Nuten und zum anderen durch eine den Rotor umgebende Umhüllung gebildet wird, sind an sich beispielsweise aus der FR-PS 14 63 949 bekannt. Die Umhüllung gemäß dieser Druckschrift wird nach dem Gießvorgang wieder entfernt. Da die Umhüllung ein zusätzliches, nur während des Gießvorgangs benötigtes Bauteil ist, das zudem sauber auf den Rotor aufgesem und nach dem Gießen wieder demontiert wercien muß, werden die an sich durch die Gießisolation erreichten Vorteile mit schwerwiegenden Kostennachteilen erkauft.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Isolierung elektrischer Maschinen anzugeben, mit welchem bei vergleichsweise niedrigen Herstellungskosten ausgezeichnete elektrische und mechanische Festigkeit der Isolierung erreichbar ist. Diese Aufgabe wird durch die im Hauptanspruch gekennzeichneten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert, die in sieben Figuren schematisch veranschaulicht sind. Es zeigt

F i g. 1 im Längsschnitt den Rotor einer elektrischen Maschine, in welchem ein Draht aus nichtmagnetischem Stahl zum Halten der Wicklungen dient,

F i g. 2 im Querschnitt den Rotor einer elektrischen Maschine, in welchem ein Isolierband zum Halten der Wicklungen dient,

F i g. 3 im Längsschnitt den in F i g. 2 dargestellten Rotor,

F i g. 4 eine Anordnung zum Vakuumgießen,

F i g. 5 im Querschnitt verschiedene Durchflußkanäle für das wärmehärtbare synthetische Harz,

F i g. 6 im Längsschnitt den Rotor einer elektrischen Maschine, in dessen Inneren eine Einfüllführung für das synthetische Harz vorgesehen ist und

F i g. 7 eine Anordnung zum Vakuumgießen für den Rotor nach F i g. 6.

In F i g. 1 ist ein Rotor einer Gleichstrommaschine dargestellt, in welchem eine durch Leiter 1 gebildete Wicklung in Nuten mittels eines isolierenden Keils 2 nach einem bekannten Verfahren gehalten wird. Auf der Seite des Kollektors 3 sowie auf der gegenüberliegenden Seite wird die Wicklung durch eine Bandage (Frette) 4 gehalten, die mittels eines nichtmagnetischen Stahldrahtes gebildet ist. Diese Bandage 4 ist in aneinanderliegenden Windungen von der Kollektorfahne 5 bis zum Beginn des magnetischen Kreises 6 gewickelt. Auf der anderen Seite ist diese Bandage in

aneinanderliegenden Windungen vom Ende des magnetischen Kreises 6 abgewickelt und verlanden sich über das Wicklungsende hinaus auf einem Isolierband 7, das auf dem Außenteil dieser Wicklung angeordnet ist Isolierbänder gleicher Art 8, 8*. de im Innern der Wicklung vorgesehen sind, gewährleisten deren Isolierung gegenüber den Stützplatten des magnetischen Kreises. Die Bänder 7 und 8 bilden eine Gießöffnung, die das Einfüllen des Harzes ermöglicht Die Dichtigkeit der beiden Abschnitte der Bandage ist durch ein dünnes Klebeband 9 gewährleistet, das auf dem Umfang des Rotors vorgesehen ist Die Dichtigkeit längs des Innenumfangs der Wicklung wird selbsttätig durch die Zusammenfügung des zwischen zwei Stützplatten 10 eingepreßten magnetischen Kreises 6 erreicht

Am Ende auf der Seite des Kollektors 3 wird die Dichtigkeit durch die Kollektorfahne 5 gewährleistet, auf der die Bandage 4 anliegt

Im Fall eines Asynchronmotors kann der Verschluß der Form an dem in der Zeichnung rechts dargestellten Ende des Rotors durch eine Isolierscheibe, eine isolierte metallische Scheibe oder einfach durch die die Schleifringe des Kollektors tragende Trommel gebildet sein.

Es ist vorteilhafter, für die Bandage anstelle eines nichtmagnetischen Stahldrahtes ein Band zu verwenden, das durch eine Decke von Glasfasern oder Glasfaserlitzen gebildet ist, die mittels eines bereits polymerisierten synthetischen Harzes parallel gehalten werden. Diese im Handel erhältliche Bandart ermöglicht es, eine Bandage zu bilden die mechanisch so robust wie der nichtmagnetische Stahl ist, jedoch den Vorteil aufweist, isolierend und viel einfacher abdichtend zu sein.

In Fig.2 ist ein Magnetblech 11 dargestellt, in welchem Nuten 12 ausgespart sind. Im Innern dieser Nuten 12 sind die Wicklungsleiter 1 angeordnet. In dieser Ausführungsform wird das Halten der Leiter 1 im Innern der Nuten durch eine isolierende Bandage 4 gewährleistet, die über den gesamten Umfang des magnetischen Kreises und über seine gesamte Länge angeordnet ist. In F i g. 3 ist ebenfalls diese Anordnung, jedoch im Längsschnitt dargestellt Die Bandage 4 erstreckt sich über die gesamte Länge der Leiter 1. Wie in dem ve .hergehend beschriebenen Beispiel bilden zwei starre isolierende Bänder 7 und 8 die so geformte Gießöffnung. Diese Bandagenanordnung ermöglicht es, eine gute Dichtigkeit über den gesamten Umfang des Rotors zu erhalten. Dabei ermöglicht der Wegfall der Nutenkeile, die Höhe der Zähne und den Durchmesser des Rotors zu verringern. Dies füh^rt zu einer Verringerung des Gewichts und der Konstruktionskosten. Diese Verringerung der Zahnhöhe ermöglicht ebenfalls eine Verringerung der Streuinduktivität der Nuten, wodurch eine Verringerung der Blindspannung hervorgerufen wird und demzufolge die Kommutation verbessert wird.

In den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist es möglich, ein Vakuumgießen mit einem wärmehärtbaren Harz ohne Lösungsmittel durchzuführen, um einen vollkommenen Schutz der Wicklungen zu bilden. Dieses wärmehärtbare Harz muß obligatorisch ohne Lösungsmittel verwendet werden. Es muß bei der Gießtemperatur eine genügend geringe Viskosität besitzen, um die verwendeten Isoliermittel einwandfrei zu imprägnieren und alle bestehenden Zwischenräume oder Hohlräume zu füllen. Epoxydharze sind für diese Verwendung gut geeignet. Man verwendet vorzugsweise ein Harz mit einer geringen Viskosität, dem man einen Kunststoff hinzufügt, der ihm eine gute Biegsamkeit verleiht Dieses Harz muß ohne Nachteile und ohne Bruchgefahr die Dehnungen der Wicklung oder die örtlichen Verformungen ertragen können, die bei hoher Drehzahl oder bei plötzlicher Umkehrung der Umdrehungsrichtung der Maschine auftreten könneii.

Für die Härtung dieses Harzes kann man die verschiedenen bekannten Vernetzungsverfahren anwenden, die Härter, wie beispielsweise Anhydride, benutzen. Man wendet vorzugsweise eine Härtungsart an, die dem Gemisch eine gute thermische Stabilität und eine mit der Dauer des Gießvorgangs vereinbare Lebensdauer verleiht

Dieses Harz kann in Abhängigkeit von seiner Viskosität und den auszufüllenden Hohlräumen mineralische Chargen wie Siliziumdioxyd, Schieferpulver, Talkum, Aluminiumoxyd, Silikate, Zirkonoxyd enthalten. Es kann beispielsweise aus folgender Mischung bestehen:

	Gewichts
	teile
Epoxydharz — Index 5,1 — 5,5	100
Epoxydharz — Index 2,2 — 2,5
(Harz mit langer
flexibler Kette)	30
Härter auf der Basis von
Karbonsäureanhydriden	115
Beschleuniger (Komplex
tertiäre Amine)	1
Pulverförmiges
Siliziumdioxyd	250

Das Imprägnierungsharz kann ebenfalls auf der Basis von Polyester oder Silikon bestehen.

In Fig.4 ist eine Anordnung zum Vakuumgießen dargestellt, die für die erfindungsgemäße Isolation verwendet werden kann.

Ein Rotor 13 einer Gleichstrommaschine, der vorher in einem Heizschrank auf eine Temperatur von 80° — 100⁰C erhitzt wurde, ist senkrecht mit dem Kollektor nach unten in einem Behälter 14 angeordnet, der evakuiert wurde. Über einen auf dem Deckel 17 des Behälters 14 befestigten Trichter 15 und einen Sperrhahn 16 wird das sorgfältig gemischte und von Blasen befreite synthetische Harz langsam eingeführt. Dieses Harz dringt in den Rotor mittels einer Röhre 18 ein. Ein Schauglas 19 ermöglicht es, den Vorgang zu überwachen. Wenn der Rotor vollkommen imprägniert ist, schließt man den Sperrhahn 16 und hält das Vakuum in dem Behälter während einer gewissen Zeit, beispielsweise einer Stunde, aufrecht. Nachdem der Behälter wieder unter atmosphärischen Druck gesetzt wurde, entfernt man den Rotor und bringt ihn in einen Heizschrank, um dort die Polymerisation des Harzes durchzuführen.

Um ein besseres Fließen des Harzes zu ermöglichen, kann man, wie in F i g. 5 dargestellt, eine gewisse Anzahl von Längskanälen vorsehen. Am Boden jeder Nut 12 kann man eine halbkreisförmige Kehle 20 aussparen. Man kann ebenfalls durch die Magnetbleche U am Ansatz der Zähne sitzende Löcher 21 bohren. Im Innern der Nuten 12 ist es möglich, zwischen zwei Leiterreihen oder zwischen die Leiter und den Boden der Nut isolierende Keile 22 anzuordnen, die eine geringere Breite als die Nut aufweisen. In einer anderen Form kann man um die Leiter 1 einen Isolierstoff 23

herumlegen, der vorher gewellt oder gaufriert wurde.

Um eine bessere Ausfüllung durch das wärmehärtbare Harz ohne Lösungsmittel zu erhalten, kann es vorteilhaft sein, eine öffnung vorzusehen, die an einem Ende des Rotors liegt. Eine solche Anordnung ist in einem Längsschnitt in Fig.6 dargestellt. In die Trommel des Kollektors 3 bohrt man — unabhängig von Lüftungslöchern, die vorhanden sein können, — eine öffnung 24 die in den hinter dem Kollektor 3 gelegenen Teil der Wicklung einmündet. In F i g. 7 ist eine Anordnung zum Vakuumgießen für einen wie in Fig.6 dargestellten Rotor 13 gezeigt. Dieser Rotor befindet sich in einem Behälter 25, der evakuiert wurde Ein mit der Öffnung 24 des Rotors verbundenes Rohr 2f ermöglicht das Einfüllen des Harzes, wenn eir Sperrhahn 27 geöffnet wird, der durch einen Trichter 2i gespeist ist. Ein in dem Deckel 30 des Behälters 2i befindliches Schauglas 29 ermöglicht es, den Augenblicl· zu betrachten, in dem das Harz, das die gesamte Wicklung durchquert hat, am oberen Teil des Rotor: ankommt. Der Vorgang ist dann abgeschlossen, dei Behälter wird auf atmosphärischen Druck gesetzt unc der Rotor in einen Heizofen gegeben, um die Polymerisation des Harzes zu erhalten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

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Patentansprüche:

I. Verfahren zur Isolierung elektrischer Wicklungen, die im Innern von in Magnetblechen von S Rotoren elektrischer Maschinen ausgesparten Nuten angeordnet sind, mittels eines wärmehärtbaren synthetischen Harzes, das unter Vakuum in eine Form gegossen wird, wobei die Form zum einen durch die Nuten und zum anderen durch eine den Rotor umgebende Umhüllung gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Umhüllung in dauerhafter; Welse auf dem Rotor angebracht ; wird und durch eine die Wicklungen im Betrieb mechanisch haltende Bandage gebildet wird

Ϊ. Verfahren zur Isolierung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Form an einem Ende des Rotors offen ausgebildet wird, während die Bandage (4) am anderen Ende am Rotor anliegt

3. Verfahren zur Isolierung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das synthetische Harz durch eine öffnung innerhalb der Kollektortrommel (3) den Stirnseiten der Nuten zugeführt wird.

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