Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von aus ferromagnetischem und dielektrischem Material bestehenden Formteilen, insbesondere von Magnetkeilen für elektrische Maschinen.
Magnetkeile dienen zum Vermindern der zusätzlichen Pulsationsverluste, der Wicklungserwärmung und der Vibrationen in elektrischen Maschinen.
Zurzeit sind viele Verfahren zum Fertigen von Magnetkeilen bekannt, ihre weitgehende Einführung wird jedoch durch eine Reihe wesentlicher Nachteile verhindert.
Hohle, aus Stahl gefertigte Magnetkeile sind weitbekannt.
Der Hauptnachteil der hohlen Stahlkeile ist ihr geringer spezifischer Widerstand. Deshalb werden die Keile mittels dünnen Überzugsschichten (0,1. .. 0,15 mm) isoliert, welche beim Einschlagen des Keils in die Nut durch die Ständerteile abgerissen werden. Als Folge hiervon wird der Keil arbeitsunfähig, da beim Fehlen der Isolation der Keil zum offenen Leiter wird, in dem bei Betrieb der elektrischen Maschine durch das Hauptmagnetfeld EMKe induziert werden, und da der Keil infolge seiner Verbindung mit dem Eisen des Ständers verbrennt. Folglich ist eine solche Keilkonstruktion unzulässig. Das Fertigungsverfahren für solche Keile ist arbeitsaufwendig und teuer, da es individuelle Überprüfung der Güte des Isolierüberzuges jedes Keils erfordert.
Ausserdem besitzt der Stahlkeil unzulässig hohe magnetische Permeabilität (uo = 500 . . . 1000) in Querrichtung, wodurch übermässig die Nutenstreuflussverluste vergrössert werden.
Es sind Magnetkeile bekannt, die durch Zusammensetzen von Lamellen aus Elektroblech erhalten werden.
Solche Keile besitzen ausser dem arbeitsaufwendigen Fertigungsverfahren in Querrichtung hohe magnetische Permeabilität, durch welche die magnetischen Nutenstreuflussverluste vergrössert werden. Ausserdem werden die Keile im Betrieb unter dem Einfluss des Wechselfelds und der Vibration zerstört, da die unmagnetischen Niete, welche zum Verbinden der Lamellen dienen, nicht diese Vibration aushalten.
Bekannte Keile mit gerichteten ferromagnetischen Komponenten fanden infolge der wesentlichen technologischen Schwierigkeiten bei ihrer Massenfertigung keine weitgehende Verwendung. Sie werden nur bei Sondermaschinen mit begrenzter Arbeitsressource verwandt. Diese Keile sind ebenso wie die aus Stahllamellen zusammengesetzten Keile unzuverlässig im Betrieb.
Insbesondere Keile aus Metallnetzen, die nach einer Sondertechnologie zwischen Getinax - oder Textolit -Schichten eingebacken sind, trocknen, wie Untersuchungen gezeigt haben, unter Betriebsbedingungen ein, werden durch Wärmeund Vibrationsbelastung aufgespaltet und fallen aus den Nuten heraus.
Es sind Keile bekannt, die unter hohem Druck aus Eisen mit einem beliebigen Bindemittel gepresst werden.
Diese Keile besitzen geringen spezifischen Widerstand, der mit dem Widerstand von Elektroblech vergleichbar ist, wodurch es erforderlich wird, Isolation auf ihrer Oberfläche aufzubringen und Massnahmen zu ergreifen, um die Nutenstreuflussverluste zu vermindern. Solche Keile erfordern bei der Fertigung hohen Kapitalaufwand für Hochleistungspressen, und die Technologie bei der Isolierung eines jeden Keils ist kompliziert.
Es sind auch kombinierte Keile bekannt, die aus magnetischer Komponente und im Mittelteil des Keils angeordnetem unmagnetischem Einsatz bestehen, der zum Vermindern des Nutenstreuflusses dient.
Solche Keile sind sehr arbeitsaufwenig in der Fertigung, insbesondere bei der Massenfertigung von kleinen Maschinen.
Ein weiterer Nachteil dieser Keile ist ihre geringe Festigkeit, da der Keil aus magnetischem und unmagnetischem Teil besteht.
Die bekannten sintermetallurgischen Keile, welche aus Eisenpulvern und Metalloxyden nach den Verfahren der Pulvermetallurgie gepresst und gebacken werden, besitzen als Hauptnachteile hohe elektrische Leitfähigkeit und magnetische Permeabilität, was zur Folge hat, dass hohe Verluste durch Nutenstreufluss hervorgerufen werden sowie komplizierte Technologie erforderlich wird, da die Keile mit einem Druck von 5000... 6000 kp/cm2 gepresst werden.
Die Forderung, den Keil sorgfältig vom Kerneisen zu isolieren, die arbeitsaufwendige Fertigungstechnologie und auch das beschränkte Verwendungsgebiet (nur für Maschinen grosser Abmessungen) waren der Hauptgrund dafür, dass diese Keile in elektrischen Maschinen fast nicht verwandt werden.
Es ist das Ziel der vorliegenden Erfindung, die oben aufgezählten Nachteile zu beseitigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Fertigen von elektrotechnischen Formteilen, vorzugsweise Magnetkeilen, zu entwickeln, welches hohe Wärmebeständigkeit und mechanische Festigkeit mit durch Ändern des technologischen Verfahrens verbesserten ferromagnetischen und dielektrischen Eigenschaften sicherstellt.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass beim Verfahren zum Herstellen von aus ferromagnetischem und dielektrischem Material bestehenden Formteilen, insbesondere von Magnetkeilen für elektrische Maschinen, bei dem Eisenpulver und hitzehärtbares Harz mit einem Härter im Vakuum gemischt werden, um Lufteinschlüsse und flüchtige Bestandteile der Wärmereaktion zu entfernen, die erhaltene Masse dosiert wird, die Rohlinge geformt und zum Härten des Harzes stufenförmiger Wärmebehandlung unterzogen werden, erfindungsgemäss nach dem Dosieren der Masse die letztere zu Rohlingen in Form von Blechen, die dicker als die Fertigerzeugnisse sind, ausgewalzt werden, während beim Formen die Rohlinge zum Verdichten derselben vorgepresst und dann, vor der stufenförmigen Wärmebehandlung, bei Zimmertemperatur und unter atmosphärischem Druck gehärtet werden.
Vorzugsweise kann beim Vorpressen der Rohling gleichzeitig zu Streifen zerschnitten, aber das Formen, Vorpressen und Zerschneiden des Rohlings durch Walzen zwischen Profilwalzen durchgeführt werden.
Zweckmässigerweise kann das Formen, Vorpressen und Zerschneiden der Rohlinge durch Herunterstauchen derselben in profilierten zweiteiligen flachen, unter einer Presse befindlichen Formen durchgeführt werden, während beim Formen die Oberflächenbewehrung der Rohlinge mit Glasgewebe erfolgen kann.
Die vorliegende Erfindung kann im Elektromaschinenbau verwandt werden, da beispielsweise Magnetkeile, die gemäss der Erfindung gefertigt sind, hohe magnetische und dielektrische und Festigkeitseigenschaften sowie Wärmebeständigkeit besitzen. Beim Einbau der nach diesem Verfahren erhaltenen Magnetkeile in elektrischen Maschinen werden wesentlich ihre energetischen Kennwerte verbessert.
Nach dem vorliegenden Verfahren gefertigte Magnetkeile können in Asynchron-, Synchronmotoren und Gleichstrommaschinen mit einer Leistung von 100 bis 10 000 kW verwandt werden.
Ihre Verwendung ist auch zweckmässig in Turbo- und Hydrogeneratoren, da die durch zahlreiche Versuche geprüfte Zuverlässigkeit der Keile keinem Zweifel unterliegt.
Elektrische Maschinen mit gemäss der Erfindung gefertigten Magnetkeilen haben Vorzüge in bezug auf Gewichtsund energetische Kennwerte im Vergleich mit den üblichen unmagnetischen Keilen (aus Getinax, Textolit und anderen Keilen).
Die Verwendung von Magnetkeilen aus ferromagnetischem und dielektrischem Material ermöglicht es, den Anteil der Zusatzverluste um 50 . . . 75 % zu senken und die Menge der Gesamtwärmeverluste um 12 . . . 25% (je nach dem Typ, der Ausführung und der Drehzahl der Maschine) zu vermindern.
Infolgedessen wird der Wirkungsgrad um 1,5 . . . 2,5% und der Leistungsfaktor um 1... 3 Punkte höher. Hierbei fällt die mittlere Übertemperatur der Wicklungswärmung um 8 . . . 19 , wodurch die Nutzleistung der Maschine bei denselben Aussenmassen und demselben Gewicht um 10... 15% erhöht werden kann.
Diese Formteile aus ferromagnetischem und dielektrischem Material werden nicht nur durch gute magnetische und dielektrische Eigenschaften gekennzeichnet, sondern besitzen auch hohe technisch-betriebliche Kennwerte. So zeigte der Betrieb von Asynchronmotoren in explosionsgeschützter Ausführung mit einer Leistung von 200 . . . 1600 kW unter schweren Bedingungen in Kohlengewinnungsgruben im Laufe von vier Jahren, dass Magnetkeile aus ferromagnetischem und dielektrischem Material absolut zuverlässig sind.
Somit ist das erfindungsgemässe Verfahren nicht nur fertigungsgerecht und wirtschaftlich, sondern die Formteile, insbesondere Magnetkeile, die gemäss dem erfindungsgemässen Verfahren gefertigt sind, gewährleisten: hohe mechanische Biegefestigkeit, zuverlässige Schlagfestigkeit, da das Gefüge des Keils beim Einschlagen desselben in die Nut unverändert bleibt, Möglichkeit des Regulierens der relativen magnetischen Permeabilität, Fehlen von Wirbelstromverlusten, hohen spezifischen elektrischen Widerstand mm2 (in der Grössenordnung von Q = 1 106 8.mm2 m gute Wärmeleitfähigkeit, niedrigen linearen Wärmeausdehnungskoeffizient des Keils. Es können Keile eines beliebigen Profils gefertigt werden.
Der wirtschaftliche Nutzeffekt, der durch Verwenden von Magnetkeilen in Asynchronmotoren des explosionsgeschützten Typs erhalten wird, besteht aus zwei Summanden: a) aus Einsparung von Elektroenergie in der Volkswirtschaft durch Erhöhen des Wirkungsgrads im Durchschnitt um 1,5%; es beträgt, wenn sich ein Elektromotor 5000 Stunden jährlich in Betrieb befindet, die Einsparung von Elektroenergie für je 100 kW Leistung 7500 kWh; b) aus der Senkung der Gestehungskosten für ein Kilowatt der Elektromotorenleistung um 10... 12% durch Vermindern des Aufwands an aktiven Materialien.
Nachstehend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf beiliegende Zeichnungen erläutert; es zeigt
Fig. 1 eine zweiteilige Form zum Formen von aus ferromagnetischem und dielektrischem Material bestehenden Teilen,
Fig. 2 einen Schnitt nach Linie I-I der Fig. 1,
Fig. 3 das Formen des Rohlings nach dem erfindungsgemässen Auswalzverfahren,
Fig. 4 ein hergestellter Magnetkeil,
Fig. 5 ein Profilwalzenpaar.
Bei einem Verfahren zum Herstellen von Magnetkeilen wird als Ausgangsmaterial ein ferromagnetisches und dielektrisches Material verwandt, deren Zusammensetzung in Abhängigkeit von den Verwendungsbedingungen des erhaltenen Formteils geändert wird. Es werden mehrere Beispiele der Zusammensetzung des erwähnten Materials für Keile, die in elektrische Maschinen mit unterschiedlicher Leistung eingesetzt werden, betrachtet.
Beispiel 1
Zusammensetzung der dielektrischen Masse zum Fertigen von Magnetkeilen, die in runden elektrischen Maschinen mit einer Leistung von 300 bis 5000 kW eingesetzt werden.
Die Basis der dielektrischen Masse besteht aus einem Gemisch von Furan-Epoxydharz mit einem Härter, als magnetische Komponente feines Eisenpulver mit einer Korngrösse von 10 bis 50,um verwandt wird.
Die Zusammensetzung des ferromagnetischen und dielektrischen Materials wird durch folgende Gewichtsverhältnisse der Ingredienzien gekennzeichnet:
Gewichtsteile
1. Furan-Epoxydharz 100
2. Härter (Polyäthylenpolyamin oder
Hexamethylendiamin) 12
3. Plastifikatorzusatz (Dibutylphthalat) 2
4. Füllstoff (Eisenpulver mit Korngrösse bis 50,um) a) für bewehrte Erzeugnisse 400 b) für nichtbewehrte Erzeugnisse 300
5. Glasgewebe zur Oberflächenbewehrung der
Erzeugnisse
Beispiel 2
Bei leistungsfähigen Maschinen mit 5000 ... 10 000 kW Leistung wird die Zusammensetzung des ferromagnetischen und dielektrischen Materials durch folgende Gewichtsverhältnisse der Ingredienzien gekennzeichnet:
Gewichtsteile
1. Furan-Epoxydharz 100
2. Härter (Polyäthylenpolyamin oder
Hexamethylendiamin) 15
3. Plastifikatorzusatz (Dibutylphthalat 2
4.
Füllstoff (Eisenpulver mit Korngrösse bis 50,um) 350
Bei Maschinen mit 5000 . . . 10 000 kW Leistung können die Erzeugnisse nicht mit Glasgewebe bewehrt werden, da die Festigkeit der grossen Keile selbst ausreichend ist.
Beispiel 3
Bei Maschinen mit 100 ... 300 kW Leistung wird die Zusammensetzung des ferromagnetischen und dielektrischen Materials durch folgende Gewichtsverhältnisse der Ingredien zien gekennzeichnet: Gewichtsteile
Gewlchtstelle
1. Furan-Epoxydharz 100
2. Härter (Polyäthylenpolyamin oder Hexamethylendiamin) 15
3. Plastifikatiorzusatz (Dibutylphthalat) 1,5
4. Füllstoff (Eisenpulver mit Korngrösse bis 50,um) 300
Die Keile werden mit Glasgewebe armiert, um ihre mechanische Festigkeit sicherzustellen.
Die physikalisch-mechanischen Eigenschaften der aus ferromagnetischem und dielektrischem Material mit optimaler Zusammensetzung (Beispiel 1) erhaltenen Keile werden durch folgende Werte gekennzeichnet:
Wichte 3,8 g/cm3
Biegefestigkeit der Keile bei statischer Beanspruchung: a) ohne Bewehrung durch
Glasgewebe 900 ... 1100 kp/cm2 b) mit Bewehrung durch
Glasgewebe 1500 ... 2000 kp/cm2
Wärmebeständigkeit der Keile im Betrieb 155"C
Bereich der magnetischen
Sättigung (8 ...12)103 Gauss
Relative magnetische Permeabilität 8
Spezifischer elektrischer
Widerstand (1. ..... . . 1 - 109) 0 mm m
Linearer Wärmeausdehnungskoeffizient 5,6 - 10-5 1/ C
Wärmeleitzahl 0,6 .
. 0,7 W m0C
Schwindungszahl (0,5 . . 1,0) %
Der Feuchtigkeitsaufnahmefaktor ist praktisch gleich Null.
Das ferromagnetische und dielektrische Material ist in bezug auf Salzlösungen, Säuren, Laugen, Alkohole, Öle, Petroleum, Benzin, Freon und andere Reagenzien inert
Das zur Zusammensetzung des ferromagnetischen und dielektrischen Materials gehörige Furan-Epoxydharz besteht aus
Furfurolharz 40 . . 45% und
Epoxydharz 60.. .55%.
Diese Harze werden durch mechanisches Mischen bei 100" C Temperatur und in Gegenwart von Maleinsäureanhydrid miteinander vereinigt.
Bekanntlicherweise sind Epoxydharze hitzehärtbar und können nicht selbständig in den unschmelzbaren und unlösbaren Zustand übergehen. Um diesen Harzen wertvolle technische Eigenschaften zu erteilen, müssen ihre freien funktionellen Gruppen durch andere Stoffe beeinflusst werden, die eine Härtungsreaktion, d. h. den Übergang dieser Harze in den Resitzustand hervorrufen, wobei durch dichtes räumliches Zusammenheften der Moleküle feste unschmelzbare Harze entstehen, die zur weiteren Umwandlung ungeeignet sind.
Als Härter und Reaktionskatalysator für das ferromagnetische und dielektrische Material auf der Basis von Furan Epoxydharzen wird der aromatische Aminhärter Hexamethylendiamin (und im Sonderfall Polyäthylenpolyamin) gewählt, der vier freie Glieder mit beweglichen Wasserstoffatomen in jeder Molekülgruppe hat, die wiederum aus sechs eindeutigen elementaren chemischen Gruppen besteht:
EMI3.1
Somit sind im ganzen in jedem Härtermolekül 4 x 6 = 24 freie Glieder beweglichen Wasserstoffs vorhanden, von denen jedes eine chemische Verbindung mit den funktionellen aktiven Gruppen des Epoxydharzes, deren Anzahl 14... 16% des Harzgewichts ausmacht, eingehen kann.
Es ist zu beachten, dass der Härtevorgang bei Epoxydharz nach dem Mischen desselben mit dem Härter (Hexamethylendiamin oder Polyäthylenpolyamin) schon bei normaler Umgebungstemperatur von 20 C äusserst schnell, im Laufe von 15 . . . 20 min, unter grosser Wärmeausscheidung verläuft, welche ebenfalls die Aktivierung des chemischen Verbindungsprozesses zwischen beweglichem Wasserstoff des Härters und den funktionellen Gruppen des Epoxydharzes begünstigt. Hiernach erfolgt durchdringendes volles räumliches Zusammenheften des gesamten Materials, welches sofort in den Resitzustand übergeht, wonach die Masse sich als ungeeignet zur technologischen Verarbeitung erweist.
Die äusserst kurze Frist (15... 20 min) der Aggregatlebensfähigkeit des Epoxydharzes macht letzteres, trotz aller seiner guten dielektrischen und Festigkeitseigenschaften, auf Grund der technologischen Kennwerte ungeeignet zum Fertigen von Magnetkeilen bei Massenherstellung derselben.
Zusammen mit einem andern.Härter verwandtes Epoxydharz (Methylhydrotetraphthalanhydrid) erfordert zu seiner Härtung hohe Temperaturen, wobei die Härtung in zwei Stufen verläuft: die erste Stufe erfasst die Vorhärtung bei 80 . . . 90" C Temperatur im Laufe von 8 . . . 6 Stunden und die zweite Stufe die Fertighärtung bei 160 . . . 1800 C Temperatur im Laufe von 24... 20 Stunden. Zum Fertigen von Magnetkeilen ist eine solche flüssigkeitsartige Komposition bei einer Temperatur bis 100" C technologisch ungeeignet, da sie nicht ermöglicht, das Formen der Erzeugnisse unter normalen Bedingungen zu beenden und ausserdem langzeitige Wärmebehandlung bei hohen Temperaturen erfordert.
Deshalb wird eine solche Komposition üblicherweise als Tränk- und Isoliermaterial, beispielsweise beim monolithischen Isolieren der Wickelteile in elektrischen Maschinen, verwandt.
Die Verwendung von Epoxydharz zusammen mit Furfurolharz hat eine ruhigere Wärmereaktion zur Folge, und der ganze Härtevorgang kann überwacht und im gewünschten Bereich geregelt werden. Als Folge hiervon kann die Lebensfähigkeit des Aggregatzustands des ferromatnetischen und dielektrischen Materials im weiten Bereich (von 2 bis 24 Stunden) gesteuert werden, was ein äusserst wichtiger Faktor bei der Massenfertigung von Magnetkeilen ist.
Die Aufbereitungstechnologie dieses Materials beim Fertigen von Magnetkeilen besteht in folgendem:
Furan-Epoxydharz wird in seinem Ausgangszustand bei einer Temperatur von 20... 250 C verwandt oder bis auf diese Temperatur erwärmt, wenn es bei niedrigeren Temperaturen aufbewahrt wurde.
Eisenpulver wird in seinem Ausgangszustand verwandt, soll aber zuvor im Ofen bei einer Temperatur von 150... 1300 C im Laufe von 1... 1,5 Stunden getrocknet werden. Beim Trocknen muss das Pulver durchgemischt werden. Das Pulver soll frei von Klumpen, Rost und Fremdstoffen, insbesondere organischen sein. Es muss mit Hilfe eines feinen Siebs gesiebt werden.
Der Härter (Hexamethylendiamin) wird in seinem kristallischen Ausgangszustand verwandt, ist aber zuvor im Wasserbad bei einer Temperatur von 50... 600 C zu schmelzen, wonach er sich auf 40 C abkühlen soll.
Die Komponenten werden in folgender Reihenfolge gemischt: In das Furan-Epoxydharz wird die erforderliche Dose bei 40 C geschmolzenem Hexamethylendiamins eingeführt, welches als Härter dient. Direkt hiernach muss mit dem gleichmässigen Durchmischen begonnen und dies im Laufe von 10... 15 min fortgesetzt werden. Zum Durchmischen wird am besten ein maschineller Mischer mit Elektromotorantrieb und einer Drehzahl von 30... 50 U./min verwandt.
In die durchgemischte Komposition aus Furan-Epoxydharz und Härter wird die erforderliche Dose Eisenpulvers geschüttet, das auf Normaltemperatur von 20 . . . 25 C abgekühlt ist und das nach dem Trocknen im Laufe von 10... 15 min sorgfältig durchzumischen ist.
Nach Beendigung der Mischvorgänge, die 20 . . . 30 min dauern, wird die Masse bei einem Unterdruck von 1' 1cm2 bis 1 10-3 Torr im Laufe von 40 ... 60 min vakuumiert.
Die Masse bläht sich beim Eingeben in die Vakuumkammer zunächst stark auf (ihr Volumen wird 2... 3mal grösser). Ddnach setzt sie sich und beginnt intensiv zu brodeln ( kochen ). Das Ende des Vakuumierens wird durch allmähliches Abklingen des Kochens bis zum Erreichen vollkommenen Ruhezustands gekennzeichnet. Beim Vakuumieren muss die Massentemperatur überwacht werden, welche 35 . . . 40 C nicht überschreiten soll. Es müssen, wenn dies erforderlich ist, Mittel zum zwangsweisen Abkühlen der Masse eingeschaltet werden.
Es kann, wenn diese Bedingung nicht eingehalten wird, eine stürmische Wärmereaktion mit spontan bis auf 100" C ansteigender Temperatur stattfinden, wobei der langsame Härtevorgang im ersten Stadium automatisch in das zweite Stadium mit vollkommener, nicht rückgängig zu machender Härtung übergeht.
Nach dem Vakuumieren wird die Masse erforderlicherweise dosiert und in Formen gefüllt, in denen der normale Härtevorgang des ersten Stadiums verläuft, bis eine gewisse Zähigkeit erreicht wird. Danach erfolgt die technologische Verarbeitung durch Formen der Magnetkeile oder anderer Erzeugnisse.
Nach Erreichen einer bestimmten Zähigkeit wird die Masse dosiert und beispielsweise zwischen glatten Walzen zu Rohlingen (zu flachen Blechen, die etwas dicker als die Erzeugnisse sind) ausgewalzt. Danach werden die Rohlinge geformt.
Das Formen von Magnetkeilrohlingen aus gewalzten flachen Blechen kann entweder in zweiteiligen Formen unter einer Presse (Fig. 1 und 2) oder durch Walzen zwischen Profilwalzen (Fig. 3, 4, 5) der flachen Bleche aus im Laufe von 12 . . . 18 Stunden unter natürlichen Bedingungen vorgehärteten ferromagnetischen und dielektrischen Materials erfolgen.
Zum Formen der Keile müssen für jeden Keiltyp und jede Keilgrösse offene zweiteilige Metallformen mit eingefrästen Kanälen, die dem Keilmass entsprechen, vorhanden sein.
Die zweiteilige Form (Fig. 1, 2) besteht aus einer unteren Platte 1 und einer oberen Platte 2, die zum Zusammenschieben auf Führungsstifte 3 aufgesetzt sind.
Die Kanäle 4 für die Keile werden in Achsrichtung längs der langen Seite gefräst. Hierbei soll die Formlänge (300 bis 500 mm) so gewählt werden, dass die Keile zu einer ganzen aliquoten Zahl plus einer Schneidzugabe von 5 . . . 10% zerschnitten werden können.
Die Qualität der Keile hängt von der Bearbeitungsgenauigkeit der Kanäle 4 der Pressform ab, die mit hohem Gütegrad ausgeführt werden muss.
Vor dem Eingeben der Masse in die Form sollen die Kanäle mit Ziatim (dem Institutnamen entsprechende Handelsbezeichnung) oder Staufferfett eingeschmiert werden, wodurch leichteres Herausnehmen der Keile sichergestellt und die Form vor Verschmutzung geschützt wird. Zu diesem Zwecke, d. h. zum Erleichtern des Keilablösens, kann auch Sonderpapier verwandt werden.
Die untere Platte 1 wird durch die obere Platte 2 abgedeckt. Die Keile werden auf einer hydraulischen Presse mit folgenden spezifischen, von der Magnetkeildicke abhängigen Drücken geformt: a) bei Keildicke bis 3 mm 40 50 kp/cm2 b) bei Keildicke von 3... 6 mm 50 ... 100 kp/cm2 c) bei Keildicke von 6... 10 mm 100 ... 150 kp/cm2
Hierbei wird der Druck im Laufe von 10... 15 min aufrechterhalten. In die Pressformen können bis zu 10 Schichten aus Keilrohlingen übereinander eingesetzt werden.
Nach dem Pressen sollen die Keile in geschlossenen Formen dem endgültigen Härteverfahren unter natürlichen Bedingungen im Laufe von 12. . 15 Stunden (längere Zeit ist zulässig) unterzogen werden.
Die Pressformzahl soll doppelt so gross wie die Anzahl der Magnetkeilsätze des Tagesbedarfs sein, wobei ein Formsatz zum Pressen des Keilpostens, der an der Reihe ist, und der andere Satz zur Wärmebehandlung des vorhergehenden Postens dient. In diesem Falle wird hohe Keilqualität sichergestellt, jedoch dürfen ausnahmsweise die noch nicht erhärteten Keile aus der Form direkt nach dem Pressen mit einem kammförmig ausgebildeten Sonderabstreifer, der aus 1 bis 1,5 mm dickem Blech gefertigt ist, herausgenommen werden.
Die noch nicht erhärteten Keile sollen hierbei auf ebene Bleche ohne Verziehen des Keilprofils in Längs- oder Querrichtung gelegt werden. In diesem Falle ist ein Pressformsatz ausreichend.
Das Formen in zweiteiligen Formen ist ausserordentlich einfach, erfordert keine Sonderausrüstung, keine grossen Produktionsflächen und ist am wenigsten arbeitsaufwendig.
Dies wird dadurch erreicht, dass nach dem Dosieren die Masse zwischen glatten Walzen zu Rohlingen (flachen Blechen, die dicker als die zu fertigenden Erzeugnisse sind) ausgewalzt werden und dass während des Formens die Rohlinge vorgepresst werden, um die Masse zu verdichten und den Erzeugnissen die erforderlichen Abmessungen zu erteilen.
Gleichzeitig werden hierbei die Erzeugnisse zu Streifen zerschnitten, die in dieser Form mittels Glasgewebe bewehrt werden.
Magnetkeile mit kleinem Profilquerschnitt (Breite 10 bis 15 mm und Dicke bis 5 mm) werden durch Walzen zwischen Formwalzen (Fig. 3, 4, 5) gefertigt.
Die ganze Technologie der Massenaufbereitung verbleibt dieselbe wie beim Pressen in zweiteiligen Formen. Der Unterschied besteht nur in der Technologie der Keilformgebung.
In diesem Falle werden, wenn die Masse fertig ist, die vorbereiteten flachen Bleche 5 zwischen den Walzen 6 und 7 mit Hand- oder maschinellem Antrieb hindurchgeführt. Der vollwandige Streifen aus parallelen Keilen 8, der aus den Walzen 6 und 7 austritt, wird automatisch durch eine (aus den Zeichnungen nicht ersichtliche) Tafelschere in erforderlicher Länge abgeschnitten.
Die abgeschnittenen Keile 8 gelangen auf einen Bandförderer, von dem die geformten Keile auf genau ebene Bleche umgelegt werden, um im Laufe von 12 . . . 18 Stunden den Vorhärtezyklus unter natürlichen Bedingungen zu durchlaufen, wonach sie stufenweiser Wärmebehandlung unterzogen werden.
Es ist ein Unterscheidungsmerkmal dieses Formverfahrens, dass die Formgebung etwas einfacher ist. Es brauchen keine Pressformen gefertigt zu werden und keine hydraulische Presse ist erforderlich. Auch das nachfolgende Zerschneiden der Keile wird überflüssig, jedoch entstehen hierbei auch zusätzliche Schwierigkeiten, welche durch das unumgängliche Beibehalten der Geradlinigkeit in Quer- und Längsrichtung der noch nicht erhärteten Keile hervorgerufen wird, wodurch Zusatzführungen und Einrichtungen zum Richten der Keile erforderlich werden.
Nach dem Halten der gepressten Magnetkeile im Laufe von 12... 18 Stunden unter natürlichen Bedingungen sowohl in zweiteiligen Formen wie auch ohne Formen muss zur endgültigen Polymerisation der magnetodielektrischen Keilmasse die letztere normalerweise nach folgendem Verfahren wärmebehandelt werden:
Die in Formen oder nicht in diesen befindlichen Keile werden in einen Wärmeschrank gesetzt, in dem gleichmässig Heissluft zirkuliert. Im zweiten Falle sollen Bedingungen geschaffen werden, die jeweiliges Verziehen der Keilprofile ausschliessen.
Der Wärmeschrank wird eingeschaltet, in dem die Temperatur im Laufe von 1... 2 Stunden gleichmässig und allmählich auf 180... 2000 C erhöht wird.
Nach Erreichen der Normalerwärmung von 180 . . . 200 C soll die Temperatur im Laufe von 2... 2,5 Stunden durch einen Wärmeregler stabil gehalten werden. Nach dem Ablauf der dem Verfahren entsprechenden Haltezeit wird der Wärmeschrank abgeschaltet und kühlt sich bei geschlossenen Türen. natürlichen Bedingungen auf Normaltemperatur ab.
Wenn die Wärmebehandlungsbedingungen sowohl in bezug auf die Endtemperatur als auch in bezug auf die Haltezeit nicht eingehalten werden, können die Keile bei nicht beendetem Wärmereaktionsvorgang roh oder bei über schüssiger Temperatur steif sein. Die Folge hiervon sind schlechtere Festigkeitseigenschaften.
Die Eigenschaften, welche Magnetkeile aus ferromagnetischem und dielektrischem Material kennzeichnen, können durch folgende Hauptmerkmale charakterisiert werden: In bezug auf Wirtschaftlichkeit
1. Magnetkeile aus ferromagnetischem und dielektrischem Material ermöglichen es, wesentlich die Zusatzverluste in elektrischen Maschinen um 50 . . . 70 % zu senken, wodurch um 8... 19 C niedrigere Erwärmung der aktiven Maschinenteile, Erhöhung des Leistungsfaktors um 2... 3 Punkte und Erhöhung des Wirkungsgrads um 1 . . . 2% bei grossen Maschinen mit bis 5000 kW Leistung und um 2 . . . 4% bei Maschinen mit bis 100 kW Leistung sichergestellt wird.
2. Die spezifische Maschinenleistung je 1 kg Maschinenmasse und in bezug auf die Maschinenaussenmasse wächst um 12 . . 15%.
3. Ausserdem ermöglichen Magnetkeile in Gleichstrommaschinen bedeutend, deren Vibrations- und akustische Kennwerte zu verbessern. Spektrographieren der Vibrationsbeschleunigungen und der Geräusche zeigt geringere magnetische Vibrationen im Bereich der Frequenzen von 1000 bis 2000 Hz um einen Wert von 16 . . . 18 db und um 6... 8 db geringere Geräusche.
In bezug auf Zuverlässigkeit
Die Zuverlässigkeit der Formteile aus dem erwähnten Material, die gemäss der vorliegenden Erfindung gefertigt sind, wird durch gute Wärmebeständigkeit und Vibrationsfestigkeit sichergestellt. Auf Grund der durch Versuche und im Betrieb erhaltenen Unterlagen wird nachstehende Dauer betriebssicheren Einsatzes von Erzeugnissen aus ferromagnetischem und dielektrischem Material für verschiedene Wärmebeständigkeitsklassen garantiert:
Isolations- Wärmebeständigkeits- Garantierte Betriebs klasse temperatur, C sicherheitsfrist in
Stunden
A, E, B bis 130 unbeschränkt
F 155 80.000
H 180 20.000
Nach dem beschriebenen Verfahren können ausser Magnetkeilen andere elektrotechnische Erzeugnisse, z.
B. verschiedene Arten von magnetischen Nebenschlüssen, Ständerund Läuferkerne, Kerne für Starter verschiedener elektrischer Beleuchtungsgeräte, Kerne für elektromagnetische Kontaktgeber in Steueranlagen und andere analoge Erzeugnisse, gefertigt werden.
The present invention relates to a method for producing molded parts made of ferromagnetic and dielectric material, in particular magnetic wedges for electrical machines.
Magnetic wedges are used to reduce additional pulsation losses, heating of the winding and vibrations in electrical machines.
Many methods of manufacturing magnetic wedges are currently known, but their widespread adoption is prevented by a number of significant disadvantages.
Hollow magnetic wedges made of steel are well known.
The main disadvantage of hollow steel wedges is their low specific resistance. For this reason, the wedges are insulated with thin coating layers (0.1 ... 0.15 mm), which are torn off when the wedge is hammered into the groove by the stand parts. As a result, the wedge becomes incapable of working, since in the absence of insulation the wedge becomes an open conductor in which EMFs are induced by the main magnetic field during operation of the electrical machine, and because the wedge burns as a result of its connection with the iron of the stator. Consequently, such a wedge construction is not permitted. The manufacturing process for such wedges is labor-intensive and expensive, since it requires individual checking of the quality of the insulating coating of each wedge.
In addition, the steel wedge has an impermissibly high magnetic permeability (uo = 500... 1000) in the transverse direction, which excessively increases the slot leakage flux.
Magnetic wedges are known which are obtained by assembling lamellae from electrical steel.
In addition to the labor-intensive manufacturing process, such wedges have high magnetic permeability in the transverse direction, which increases the magnetic flux leakage losses. In addition, the wedges are destroyed during operation under the influence of the alternating field and the vibration, since the non-magnetic rivets, which are used to connect the lamellas, cannot withstand this vibration.
Known wedges with directed ferromagnetic components were not widely used due to the significant technological difficulties in their mass production. They are only used on special machines with limited labor resources. These wedges, like the wedges composed of steel plates, are unreliable in operation.
In particular, wedges made of metal nets, which are baked in between Getinax or Textolit layers using a special technology, dry, as studies have shown, under operating conditions, are split up by heat and vibration loads and fall out of the grooves.
Wedges are known which are pressed under high pressure from iron with any binding agent.
These wedges have a low specific resistance, which is comparable to the resistance of electrical steel, which makes it necessary to apply insulation to their surface and to take measures to reduce the flux leakage losses. Such wedges require large capital expenditures for high-performance presses to manufacture, and the technology used to isolate each wedge is complex.
Combined wedges are also known which consist of a magnetic component and a non-magnetic insert which is arranged in the central part of the wedge and which serves to reduce the flux leakage.
Such wedges are very labor intensive to manufacture, especially in the mass production of small machines.
Another disadvantage of these wedges is their low strength, since the wedge consists of a magnetic and a non-magnetic part.
The known sintered metallurgical wedges, which are pressed and baked from iron powders and metal oxides according to the powder metallurgy process, have high electrical conductivity and magnetic permeability as main disadvantages, with the result that high losses are caused by leakage flux and complicated technology is required because the Wedges can be pressed with a pressure of 5000 ... 6000 kp / cm2.
The requirement to carefully isolate the wedge from the core iron, the labor-intensive manufacturing technology and also the limited area of application (only for machines of large dimensions) were the main reasons why these wedges are almost not used in electrical machines.
It is the aim of the present invention to eliminate the disadvantages listed above.
The invention is based on the object of developing a method for manufacturing electrotechnical molded parts, preferably magnetic wedges, which ensures high heat resistance and mechanical strength with ferromagnetic and dielectric properties improved by changing the technological process.
The object is achieved in that in the method for producing molded parts made of ferromagnetic and dielectric material, in particular magnetic wedges for electrical machines, in which iron powder and thermosetting resin are mixed with a hardener in a vacuum in order to remove air inclusions and volatile components of the heat reaction , the resulting mass is dosed, the blanks are shaped and subjected to step-shaped heat treatment to harden the resin, according to the invention, after dosing the mass, the latter are rolled out into blanks in the form of sheets that are thicker than the finished products, while the blanks are rolled out during molding to densify the same and then hardened at room temperature and under atmospheric pressure before the step-shaped heat treatment.
During the pre-pressing, the blank can preferably be cut into strips at the same time, but the shaping, pre-pressing and cutting of the blank can be carried out by rolling between profile rollers.
The shaping, pre-pressing and cutting of the blanks can expediently be carried out by upsetting them into profiled two-part flat molds located under a press, while the surface reinforcement of the blanks can be done with glass fabric during molding.
The present invention can be used in electrical engineering because, for example, magnetic wedges which are manufactured according to the invention have high magnetic and dielectric and strength properties as well as heat resistance. When the magnetic wedges obtained by this method are installed in electrical machines, their energetic characteristics are significantly improved.
Magnetic wedges manufactured according to the present process can be used in asynchronous, synchronous motors and DC machines with an output of 100 to 10,000 kW.
Their use is also appropriate in turbo and hydrogen generators, since the reliability of the wedges, which has been tested in numerous tests, is beyond doubt.
Electrical machines with magnetic wedges manufactured according to the invention have advantages in terms of weight and energy parameters compared to the usual non-magnetic wedges (made from Getinax, Textolit and other wedges).
The use of magnetic wedges made of ferromagnetic and dielectric material makes it possible to reduce the proportion of additional losses by 50. . . 75% and the amount of total heat losses by 12. . . 25% (depending on the type, design and speed of the machine).
As a result, the efficiency becomes 1.5. . . 2.5% and the power factor 1 ... 3 points higher. The mean excess temperature of the winding heating drops by 8. . . 19, whereby the useful performance of the machine can be increased by 10 ... 15% with the same external dimensions and weight.
These molded parts made of ferromagnetic and dielectric material are not only characterized by good magnetic and dielectric properties, but also have high technical and operational characteristics. For example, the operation of asynchronous motors in explosion-proof design with an output of 200. . . 1600 kW under severe conditions in coal mining pits over the course of four years, that magnetic wedges made of ferromagnetic and dielectric material are absolutely reliable.
Thus, the method according to the invention is not only suitable for production and economical, but the molded parts, in particular magnetic wedges, which are manufactured according to the method according to the invention ensure: high mechanical flexural strength, reliable impact resistance, since the structure of the wedge remains unchanged when it is hammered into the groove, possibility regulating the relative magnetic permeability, lack of eddy current losses, high specific electrical resistance mm2 (in the order of magnitude of Q = 1 106 8.mm2 m good thermal conductivity, low linear thermal expansion coefficient of the wedge. Wedges of any profile can be manufactured.
The economic benefit obtained by using magnetic wedges in asynchronous motors of the explosion-proof type consists of two summands: a) saving of electrical energy in the national economy by increasing the efficiency by an average of 1.5%; If an electric motor is in operation for 5000 hours per year, the saving of electrical energy for every 100 kW of power is 7500 kWh; b) from lowering the production costs for one kilowatt of electric motor power by 10 ... 12% by reducing the consumption of active materials.
The invention is explained below on the basis of exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings; it shows
1 shows a two-part mold for forming parts made of ferromagnetic and dielectric material,
Fig. 2 is a section along line I-I of Fig. 1,
3 shows the shaping of the blank according to the rolling process according to the invention,
4 shows a manufactured magnetic wedge,
5 shows a pair of profile rollers.
In a method of manufacturing magnetic wedges, a ferromagnetic and dielectric material is used as a starting material, the composition of which is changed depending on the conditions of use of the molded article obtained. Several examples of the composition of the mentioned material are considered for wedges used in electrical machines with different powers.
example 1
Composition of the dielectric mass for the production of magnetic wedges, which are used in round electrical machines with an output of 300 to 5000 kW.
The basis of the dielectric mass consists of a mixture of furan epoxy resin with a hardener, fine iron powder with a grain size of 10 to 50 μm is used as the magnetic component.
The composition of the ferromagnetic and dielectric material is characterized by the following weight ratios of the ingredients:
Parts by weight
1. Furan epoxy resin 100
2. Hardener (polyethylene polyamine or
Hexamethylenediamine) 12
3. Plasticizer additive (dibutyl phthalate) 2
4. Filler (iron powder with a grain size of up to 50 μm) a) for reinforced products 400 b) for non-reinforced products 300
5. Glass fabric for surface reinforcement of the
Products
Example 2
In powerful machines with an output of 5000 ... 10,000 kW, the composition of the ferromagnetic and dielectric material is characterized by the following weight ratios of the ingredients:
Parts by weight
1. Furan epoxy resin 100
2. Hardener (polyethylene polyamine or
Hexamethylenediamine) 15
3. Plasticizer additive (dibutyl phthalate 2
4th
Filler (iron powder with a grain size of up to 50 μm) 350
For machines with 5000. . . With an output of 10,000 kW, the products cannot be reinforced with glass fabric, as the strength of the large wedges is sufficient.
Example 3
In machines with 100 ... 300 kW power, the composition of the ferromagnetic and dielectric material is characterized by the following weight ratios of the ingredients: parts by weight
Authority
1. Furan epoxy resin 100
2. Hardener (polyethylene polyamine or hexamethylene diamine) 15
3. Plasticizer additive (dibutyl phthalate) 1.5
4. Filler (iron powder with a grain size of up to 50 μm) 300
The wedges are reinforced with glass fabric to ensure their mechanical strength.
The physical-mechanical properties of the wedges obtained from ferromagnetic and dielectric material with optimal composition (Example 1) are characterized by the following values:
Weight 3.8 g / cm3
Flexural strength of the wedges under static load: a) without reinforcement
Glass fabric 900 ... 1100 kp / cm2 b) with reinforcement through
Glass fabric 1500 ... 2000 kp / cm2
Heat resistance of the wedges in operation 155 "C
Field of magnetic
Saturation (8 ... 12) 103 Gauss
Relative magnetic permeability 8
More specific electrical
Resistance (1. ....... 1 - 109) 0 mm m
Linear thermal expansion coefficient 5.6 - 10-5 1 / C
Thermal conductivity 0.6.
. 0.7 W m0C
Shrinkage number (0.5.. 1.0)%
The moisture absorption factor is practically zero.
The ferromagnetic and dielectric material is inert with respect to salt solutions, acids, alkalis, alcohols, oils, petroleum, gasoline, freon and other reagents
The furan epoxy resin, which is part of the composition of the ferromagnetic and dielectric material, consists of
Furfural resin 40. . 45% and
Epoxy resin 60 ... .55%.
These resins are combined with one another by mechanical mixing at a temperature of 100 ° C. and in the presence of maleic anhydride.
As is known, epoxy resins are heat-curable and cannot automatically change into the infusible and insoluble state. In order to impart valuable technical properties to these resins, their free functional groups must be influenced by other substances that cause a curing reaction, i.e. H. bring about the transition of these resins into the state of resitz, whereby solid, infusible resins which are unsuitable for further conversion arise due to the close spatial attachment of the molecules.
The aromatic amine hardener hexamethylenediamine (and in the special case polyethylene polyamine) is selected as the hardener and reaction catalyst for the ferromagnetic and dielectric material based on furan epoxy resins, which has four free links with mobile hydrogen atoms in each molecular group, which in turn consists of six unique elementary chemical groups :
EMI3.1
In total, there are 4 x 6 = 24 free links of mobile hydrogen in each hardener molecule, each of which can form a chemical bond with the functional active groups of the epoxy resin, the number of which makes up 14 ... 16% of the resin weight.
It should be noted that the hardening process with epoxy resin after mixing it with the hardener (hexamethylenediamine or polyethylene polyamine) is extremely fast at a normal ambient temperature of 20 C, in the course of 15. . . 20 min, takes place with great heat separation, which also favors the activation of the chemical connection process between the mobile hydrogen of the hardener and the functional groups of the epoxy resin. This is followed by pervasive full spatial stitching of the entire material, which immediately changes to the state of resitz, after which the mass proves to be unsuitable for technological processing.
The extremely short period (15 ... 20 min) of the aggregate viability of the epoxy resin makes the latter, in spite of all of its good dielectric and strength properties, unsuitable for the manufacture of magnetic wedges in mass production due to the technological characteristics.
Epoxy resin (methylhydrotetraphthalic anhydride), which is related to another hardener, requires high temperatures for its hardening, whereby hardening takes place in two stages: the first stage includes pre-hardening at 80. . . 90 "C temperature over the course of 8 ... 6 hours and the second stage final hardening at 160 ... 1800 C temperature over 24 ... 20 hours. For the production of magnetic wedges, such a liquid-like composition is at a temperature of up to 100 "C technologically unsuitable as it does not allow the products to be finished under normal conditions and also requires long-term heat treatment at high temperatures.
This is why such a composition is usually used as an impregnating and insulating material, for example in the monolithic insulation of the winding parts in electrical machines.
The use of epoxy resin together with furfural resin results in a quieter heat reaction, and the entire hardening process can be monitored and regulated in the desired range. As a result, the viability of the aggregate state of the ferromagnetic and dielectric material can be controlled in a wide range (from 2 to 24 hours), which is an extremely important factor in the mass production of magnetic wedges.
The processing technology of this material in the manufacture of magnetic wedges consists of the following:
Furan epoxy resin is used in its initial state at a temperature of 20 ... 250 C or heated up to this temperature if it has been stored at lower temperatures.
Iron powder is used in its initial state, but should first be dried in the oven at a temperature of 150 ... 1300 C for 1 ... 1.5 hours. When drying, the powder must be mixed thoroughly. The powder should be free of lumps, rust and foreign matter, especially organic. It must be sifted with the help of a fine sieve.
The hardener (hexamethylenediamine) is used in its crystalline initial state, but must first be melted in a water bath at a temperature of 50 ... 600 C, after which it should cool down to 40 C.
The components are mixed in the following order: The required can of hexamethylene diamine, which is melted at 40 C and which serves as a hardener, is introduced into the furan epoxy resin. Immediately afterwards, even mixing must be started and this must be continued for 10 ... 15 minutes. A mechanical mixer with an electric motor drive and a speed of 30 ... 50 rpm is best used for mixing.
The required can of iron powder is poured into the mixed composition of furan epoxy resin and hardener, which is heated to a normal temperature of 20. . . 25 C has cooled down and after drying it has to be mixed thoroughly for 10 ... 15 minutes.
After completing the mixing process, the 20th . . Last 30 minutes, the mass is vacuumed at a negative pressure of 1 '1cm2 to 1 10-3 Torr in the course of 40 ... 60 minutes.
The mass initially inflates strongly when it is put into the vacuum chamber (its volume becomes 2 ... 3 times larger). Then she sits down and begins to simmer (boil) intensely. The end of vacuuming is marked by the gradual subsiding of the boil until it is completely at rest. When vacuuming, the mass temperature must be monitored, which is 35. . . Should not exceed 40 C. If this is necessary, means for forcibly cooling the mass must be switched on.
If this condition is not met, a stormy heat reaction can take place with the temperature rising spontaneously to 100 "C, whereby the slow hardening process in the first stage automatically changes to the second stage with complete, irreversible hardening.
After vacuuming, the mass is dosed and filled into molds, in which the normal hardening process of the first stage takes place until a certain toughness is reached. Then the technological processing takes place by shaping the magnetic wedges or other products.
After reaching a certain toughness, the mass is dosed and, for example, rolled out between smooth rollers to form blanks (to flat sheets that are slightly thicker than the products). Then the blanks are shaped.
The shaping of magnetic wedge blanks from rolled flat sheets can be done either in two-part forms under a press (Figs. 1 and 2) or by rolling between profile rollers (Figs. 3, 4, 5) of the flat sheets in the course of 12. . . 18 hours under natural conditions of pre-hardened ferromagnetic and dielectric material.
To shape the wedges, open two-part metal molds with milled channels that correspond to the wedge size must be available for every wedge type and size.
The two-part mold (Fig. 1, 2) consists of a lower plate 1 and an upper plate 2, which are placed on guide pins 3 for pushing together.
The channels 4 for the wedges are milled in the axial direction along the long side. The shape length (300 to 500 mm) should be chosen so that the wedges form a whole aliquot plus a cutting allowance of 5. . . 10% can be cut up.
The quality of the wedges depends on the machining accuracy of the channels 4 of the press mold, which must be carried out with a high degree of quality.
Before the mass is put into the mold, the channels should be lubricated with Ziatim (trade name corresponding to the institute's name) or Stauffer grease, which ensures easier removal of the wedges and protects the mold from dirt. For this purpose, i. H. Special paper can also be used to make it easier to remove the wedge.
The lower plate 1 is covered by the upper plate 2. The wedges are formed on a hydraulic press with the following specific pressures depending on the magnetic wedge thickness: a) for wedge thicknesses up to 3 mm 40 50 kp / cm2 b) for wedge thicknesses of 3 ... 6 mm 50 ... 100 kp / cm2 c ) with a wedge thickness of 6 ... 10 mm 100 ... 150 kp / cm2
The pressure is maintained in the course of 10 ... 15 minutes. Up to 10 layers of wedge blanks can be placed one on top of the other in the molds.
After pressing, the wedges in closed molds should go through the final hardening process under natural conditions during the 12th. 15 hours (longer time is permitted).
The number of dies should be twice as large as the number of magnetic wedge sets for the daily requirement, with one die set for pressing the wedge item that is next in line and the other set for heat treatment of the previous item. In this case, high wedge quality is ensured, however, as an exception, the not yet hardened wedges may be removed from the mold directly after pressing with a comb-shaped special wiper made from 1 to 1.5 mm thick sheet metal.
The not yet hardened wedges should be placed on flat metal sheets without distorting the wedge profile in the longitudinal or transverse direction. In this case, one die set is sufficient.
Molding in two-part molds is extremely easy, requires no special equipment, no large production areas and is the least labor-intensive.
This is achieved by rolling out the mass between smooth rollers to form blanks (flat sheets that are thicker than the products to be manufactured) after dosing and that the blanks are pre-pressed during molding in order to compact the mass and give the products the required dimensions.
At the same time, the products are cut into strips that are reinforced in this form with glass fabric.
Magnetic wedges with a small profile cross-section (width 10 to 15 mm and thickness up to 5 mm) are manufactured by rolling between forming rollers (Fig. 3, 4, 5).
The whole technology of mass preparation remains the same as for pressing in two-part molds. The only difference is the technology of the wedge shaping.
In this case, when the mass is ready, the prepared flat sheets 5 are passed between the rollers 6 and 7 with a manual or mechanical drive. The full-walled strip of parallel wedges 8, which emerges from the rollers 6 and 7, is automatically cut to the required length by means of table shears (not shown in the drawings).
The cut wedges 8 arrive on a belt conveyor, from which the shaped wedges are placed on precisely flat metal sheets, in order to . . To go through the pre-hardening cycle in natural conditions for 18 hours, after which they are subjected to gradual heat treatment.
It is a distinguishing feature of this molding process that the molding is a little easier. No molds need to be made and no hydraulic press is required. The subsequent cutting of the wedges is also unnecessary, but this also creates additional difficulties, which are caused by the inevitable maintenance of the straightness in the transverse and longitudinal direction of the not yet hardened wedges, whereby additional guides and devices for straightening the wedges are required.
After holding the pressed magnetic wedges for 12 ... 18 hours under natural conditions, both in two-part molds and without molds, for the final polymerisation of the magnetodielectric wedge mass, the latter usually has to be heat-treated according to the following process:
The wedges in molds or not in them are placed in a heating cabinet in which hot air circulates evenly. In the second case, conditions should be created that exclude any warping of the wedge profiles.
The heating cabinet is switched on by gradually increasing the temperature to 180 ... 2000 C over the course of 1 ... 2 hours.
After reaching normal warming of 180. . . 200 C, the temperature should be kept stable for 2 ... 2.5 hours by means of a heat regulator. After the holding time corresponding to the procedure has elapsed, the heating cabinet is switched off and cools with the doors closed. natural conditions to normal temperature.
If the heat treatment conditions are not adhered to both with regard to the final temperature and with regard to the holding time, the wedges can be raw if the heat reaction process is not completed or stiff if the temperature is excessive. The consequence of this is poorer strength properties.
The properties that characterize magnetic wedges made of ferromagnetic and dielectric material can be characterized by the following main features: In terms of economy
1. Magnetic wedges made of ferromagnetic and dielectric material make it possible to significantly reduce the additional losses in electrical machines by 50. . . 70%, which means that the active machine parts heat up by 8 ... 19 C, the power factor is increased by 2 ... 3 points and the efficiency is increased by 1. . . 2% for large machines with up to 5000 kW power and by 2. . . 4% is guaranteed for machines with up to 100 kW power.
2. The specific machine output per 1 kg of machine mass and in relation to the external machine mass increases by 12. . 15%.
3. In addition, magnetic wedges in DC machines make it possible to significantly improve their vibration and acoustic characteristics. Spectrographing the vibration accelerations and noises shows lower magnetic vibrations in the range of frequencies from 1000 to 2000 Hz around a value of 16. . . 18 db and 6 ... 8 db lower noise.
In terms of reliability
The reliability of the molded parts made of the material mentioned, which are manufactured according to the present invention, is ensured by good heat resistance and vibration resistance. Based on the documents obtained through tests and during operation, the following duration of operationally safe use of products made of ferromagnetic and dielectric material is guaranteed for various heat resistance classes:
Insulation Heat resistance Guaranteed operating class temperature, C safety period in
Hours
A, E, B up to 130 unlimited
F 155 80,000
H 180 20,000
In addition to magnetic wedges, other electrotechnical products, e.g.
B. different types of magnetic shunts, stator and rotor cores, cores for starters of various electrical lighting devices, cores for electromagnetic contactors in control systems and other analog products.