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Elektrische Maschine mit in den durch Keile verschlossenen Nuten vergossenen
Wicklungen Zum Festlegen von Wicklungs- und Spulenteilen elektrischer Maschinen
sind bisher zwei verschiedene Arten von Isolierlacken oder -harzen verwendet worden.
Dabei wird die Wicklung oder die Spule meist unter Vakuum getränkt, um Lufteinschlüsse
zu vermeiden. Trotzdem besteht die Gefahr, daß eine vollständige Durchtränkung durch
Einschlüsse von Lösungsmittelanteilen nicht möglich ist und dadurch Stellen in der
Wicklung vorhanden sind, die durch Lufteinschlüsse von dem auskondensierten Isolierlack
nicht erfaßt sind.
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Die neue Entwicklung auf dem Gebiet ungesättigter Polyesterharze und
verschiedener Epoxydharze hat dazu geführt, daß man eine Vergießung von Wicklungs-
und Spulenteilen mit lösungsmittelfreien Gießharzen oder Gießharzmassen vornimmt.
Die Gießharze lassen sich durch bestimmte Zusammensetzung in ihrer Härte bzw. Elastizität
verschieden einstellen. Zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit und zur Verringerung
der Schrumpfung können die Gießharze auch mit Füllstoffzusätzen, insbesondere Quarzmehl
versehen werden. Zum Vergießen von Wicklungen und Spulen ist eine Vergußmasse auf
der Basis von Siliconelastomeren besonders geeignet, das aus einer 30 bis 200%,
vorzugsweise 100%, Quarzmehl als Füllstoff enthaltenden Masse aus Dimethylpolysiloxan
mit einer vorzugsweisen Viskosität von 100 bis 30000 cSt besteht, wobei die
Masse durch Zusatz von Vernetzungsbeschleunigern bei Raumtemperatur vernetzbar gemacht,
sowie der zur besseren Benetzung in dicken Schichten und zur gleichmäßigeren Verteilung
der zur Vernetzung notwendigen OH-Gruppen ein Gewichtsanteil von mindestens 1 Promille
Wasser zugegeben ist. Der Zusatz von Quarzmehl ist insbesondere deshalb vorteilhaft,
weil die mechanischen Eigenschaften nach der Vernetzung verbessert und die Wärmeleitfähigkeit
und Wärmekapazität vergrößert wird. Eine derartige Vergußmasse zeichnet sich durch
eine außerordentlich niedrige Viskosität sowie durch ein sehr gutes Eindringvermögen
aus. Der Zusatz von mindestens 1 Promille Gewichtsanteil Wasser zu der Masse vermittelt
den Vorteil, daß die für die Benetzung notwendige Feuchtigkeit auch in dickeren
Schichten gewährleistet und dadurch ein kalter Fluß vermieden ist. Die Vergußmasse
bleibt nach Beendigung des Vernetzungsvorganges elastisch, besitzt aber schon sehr
gute mechanische Eigenschaften und ist thermisch hoch beanspruchbar. Sie neigt auch
bei großen Schichtdicken nicht zur Rißbildung. Die Formbeständigkeit bleibt auch
bei komplizierten Gießformen voll erhalten. Das erwähnte Eindringvermögen ist auch
bei beengten Platzverhältnissen so gut, daß eine Anwendung von Vakuum oder Druck
nicht erforderlich ist. Als Füllstoff können auch an Stelle von Quarzmehl oder zusätzlich
zu diesem geschnittene Glasseidenfäden zugesetzt werden.
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Es sind bereits elektrische Maschinen bekanntgeworden, bei denen die
Ständerwicklung vergossen ist und zwischen den Nuten und der eingelegten Wicklung
Zwischenräume zum Eingießendes Harzes vorgesehen sind. Nachteilig ist jedoch dabei,
daß der Nutquerschnitt durch die Vergußmasse verringert ist, da sie einen beträchtlichen
Teil des Nutquerschnitts einnimmt. Außerdem sind die Spulendrähte bei den bekannten
Vorrichtungen nicht mit Lacken oder Harzen stabilisiert. Die Vergußmasse ist vielmehr
unmittelbar aufgebracht. Ferner ist auch ein Nutverschluß für elektrische Maschinen
bekannt, der aus einem Gewebehohlschlauch besteht und dessen freier Querschnitt
vom Kühlluftstrom zur Abführung eines Teiles der auftretenden Verlustwärme durchströmt
wird. Solche Gewebehohlschläuche ergeben aber im Zusammenwirken mit den übrigen
erfindungsgemäßen Merkmalen des Anmeldungsgegenstandes eine besonders vorteihafte
Lösung.
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Außerdem sind für das Vergießen von Ständerwicklungen zentrisch in
der Ständerbohrung sitzende Dorne bekannt, wobei jedoch keine Maßnahme getroffen
ist, um das Eindringen von Vergußmasse zwischen dem Dorn und der Ständerbohrung
zu verhindern. Deshalb aber wird die Vergußmasse zumindest teilweise das Ständerblechpaket
in der Ständerbohrung umhüllen. Schließlich ist es bei elektrischen Maschinen auch
bekannt, die Wickelköpfe zu vergießen. Damit wird das Luftvolumen der Wickelkopfräume,
gerade im Hinblick auf Explosionen aus zündfähigen Gas-Luft-Gemischen bei Maschinen
mit der Schutzart druckfester Kapselung entscheidend verkleinert. Es war aber bisher
nicht möglich
gewesen, beide Wickelkopfräume in einem Arbeitsgang
von einer Seite aus zu vergießen.
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Erfindungsgemäß sind die erwähnten Nachteile bei einer elektrischen
Maschine, deren mit Tränklacken oder -harzen getränkte ruhende oder rotierende Wicklungen
unter Verwendung einer 30 bis 200%, vorzugsweise 1000/0, Quarzmehl als Füllstoff
enthaltenden Masse aus Dimethylpolysiloxan mit einer vorzugsweisen Viskosität von
100 bis 30000 cSt in den durch Keile verschlossenen Nuten vergossen sind und die
Masse durch Zusatz von Vernetzungsbeschleunigern bei Raumtemperatur vernetzbar gemacht
sowie der zur besseren Vernetzung in dicken Schichten und zur gleichmäßigeren Verteilung
der zur Vernetzung notwendigen OH-Gruppen ein Gewichtsanteil von mindestens 1 Promille
Wasser zugegeben ist, dadurch vermieden, daß an den Nuten, in welchen die Wicklung
untergebracht ist, seitlich oder am Nutgrund Aussparungen vorgesehen sind, die Nuthülsen
an den gleichen Stellen aufgelocht sind, daß als Keilwerkstoff an sich bekannte
Gewebehohlschläuche mit einer besonderen Imprägnierung verwendet sind und daß alle
Verbindungs- und Stoßteile sowie Öffnungen des Maschinenkörpers, die in die Vergußräume
führen, vor dem Vergießen mittels einer bei Raumtemperatur vernetzenden Siliconkautschukstreichmasse
mit mindestens 4% Vernetzerzusatz abgedichtet sind. In weiterer vorteilhafter Weise
können der Gießmasse zur Erhöhung der mechanischen Festigkeit geschnittene Glasseidenfäden
als Füllstoff zugesetzt werden. In einer Ausführung mit druckfester Kapselung kann
das Luftvolumen der Wickelkopfräume durch die Gießmasse wesentlich verkleinert sein.
Schließlich können zum Festlegen der um eine Bohrung vorgesehenen ruhenden oder
umlaufenden Wicklungen von elektrischen Maschinen durch Vergußmassen kegelförmige
Dorne in der Bohrung des Maschinenkörpers für den Gießvorgang zentriert sein.
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Die mit der Vergußmasse in Berührung kommenden Wicklungsteile werden
vorher mit einem besonderen Methyl-Silicon-Harz getränkt oder grundiert. Dabei hängt
die Haftfestigkeit der Vergußmasse auf den Wicklungsteilen von der Art des Tränklackes
ab. Die Vergießung kann also für jeden normal ausgeführten Motor zusätzlich angewendet
werden. Bei Wicklungen, die mit Silicon-Tränklacken behandelt worden sind, benötigt
man eine zusätzliche Tränkung in einem reinen Methyl-Silicon-Harz, das nur angetrocknet,
aber nicht auskondensiert zu werden braucht. Bei Wicklungen, die mit organischen
Tränklacken behandelt worden sind, kann eine zusätzliche Grundierung mit einem stark
vernetzten, bei normaler Raumtemperatur auskondensierenden Methyl-Silicon-Harz vorgenommen
werden. Dies ist auch in allen Fällen bei rotierenden Wicklungen unabhängig von
der Behandlung mit einem Tränklack zu empfehlen. Die an den Nuten seitlich oder
am Nutgrund vorgesehenen Aussparungen sowie die an den gleichen Stellen aufgelochten
Nuthülsen und die Verwendung von Gewebehohlschläuchen als Nutenverschlußkeile haben
zur Folge, daß eine vollständige Vergießung der Wicklungen elektrischer Maschinen
in einem Arbeitsgang ermöglicht ist.
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Bei Sondermotoren, die ein Spaltrohr aus unmagnetischem Stahl zwischen
Ständerbohrung und Läufer besitzen (z. B. Umwälzbeschleunigerpumpen für Warmwasserheizungen
oder Chemiepumpen bzw. Rührwerke), wird die Vergießung noch dadurch vereinfacht,
daß statt des kegelförmigen Formeinsatzes für die Ständerbohrung der Außenmantel
des Spaltrohres vorhanden ist. Durch das hervorragende Eindri,ngvermögen der Vergußmasse
können die Wickelkopfräume fertigmontierter Spaltrohrmotoren deshalb ohne zusätzliche
Maßnahmen vergossen werden. Dadurch ist es bei der Ausführung solcher Motoren für
den Explosionsschutz nicht mehr erforderlich, die sonst notwendigen Spaltweiten
für den VerschIuß des Ständergehäuses durch die entsprechend engen Zentrierungen
der Lagerschilde einzuhalten.
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Es ist somit eine Vergießung von Wicklungs- und Spulenteilen mit Siliconkautschuk
ermöglicht, bei der keine Spannungen auftreten, Lufteinschlüsse vermieden werden
und eine entsprechende Haftfestigkeit auf den Isolierstoffen der zu vergießenden
Wicklung, unabhängig von der angewendeten Isolierstoffklasse erreicht wird. Diese
Haftfestigkeit ist auch ausschlaggebend für den Wärmeübergang zwischen Wicklungsteil
und Vergußmasse. Man kann beispielsweise die Wickelköpfe der Ständerwicklung eines
vollkommen geschlossenen Motors in Schutzart P 33, dessen mechanische Ausführung
druckfest gekapselt nach VDE 01Z0/0171 ist, in einem Arbeitsgang wie folgt vergießen:
Die Ständernuten besitzen entweder am Nutgrund oder an den Zahnflanken eine kastenförmige
Ausstanzung, die nach Schlichtung des Blechpaketes und nach Einlegen der Nuthülsen
eigene Kanäle bilden. Die Nuthülsen selbst besitzen kreisförmige oder längliche
Löcher, so daß eine Verbindung zwischen den vorher beschriebenen Kanälen und dem
eigentlichen Wicklungsraum vorhanden ist. Als Nutenverschlußkeil wird neben einer
eigenen U-förmigen Nutenverschlußkappe, die etwa aus dem gleichen Material wie die
Nuthülse besteht, ein Gewebehohlschlauch mit Lackierung oder besonderer Beschickung
verwendet. Die Steifigkeit seiner Lackierung oder Beschichtung gewährleistet beim
Einschieben in die Nut einen Restquerschnitt, wobei die Innenflächen dieses Hohlschlauches
mit einer besonderen Grundierung für die Haftfestigkeit der einlaufenden Siliconkautschukvergußmasse
aktiviert sind. Für die Erreichung einer gleichmäßigen Form des Siliconkautschukvergusses
werden für die Ständerbohrung gedrehte kegelförmige Teile verwendet, die in der
Bohrung des Ständerblechpaketes zentriert sind. Dabei kann eines dieser beiden kegelförmigen
Teile so ausgebildet sein, daß an ihm ein zusätzliches zylindrisches Teil befestigt
werden kann. Dieses zylindrische Teil soll beim Vergießen der Ständerwickelköpfe
in einem Arbeitsgang den untenliegenden Wickelkopf nach außen und gegen die Innenfläche
des Ständergehäuses abschließen. Sämtliche Verbindungs- und Stoßteile sowie Öffnungen,
die in die Vergußräume führen, werden vor dem Vergießen mit einer Siliconkautschukstreichmasse
mit mindestens 401o Vernetzerzusatz abgedichtet. Die Abdichtung ermöglicht
eine wesentlich einfachere Ausbildung der Formteile. Die dazu verwendete Siliconkautschukstreichmasse
wächst beim Einlauf der Vergußmasse mit letzterer zu einem homogenen Ganzen zusammen.
Formteile, die nach dem Vergießen ausgelöst werden müssen, sind mit entsprechenden
Trennmitteln (z. B. Schmierseife) an den zur Vergußseite liegenden Teilen versehen.
Die Vergießung kann im kalten Zustand ohne Anwendung von Druck oder Vakuum erfolgen.
Hierbei wirken
die durch die Ausstanzung gebildeten Kanäle in den
Ständernuten als Vergrößerung des Durchflußquerschnittes vom oberen zum unteren
Wickelkopfraum; weiterhin kann in den Kanälen die Luft nach und während des Vergießvorganges
entweichen. Durch das gute Eindringvermögen der Vergußmasse wird der mit Drähten
gefüllte Nutenraum selbst beim Vergießen erfaßt. Zusätzlich besteht die Möglichkeit
des Eindringens der Vergußmasse in den Nutenraum durch die Öffnungen der Nutenhülse
an den Kanälen. Die als Keile eingelegten Gewebeschläuche werden durch die herablaufende
Vergußmasse ebenfalls durchströmt. Die Aktivierung der Innenoberfläche dieser Schläuche
und die zusätzlichen Nutenkanäle sowie die Öffnungen der Nuthülse bewirken eine
einheitliche Verbindung zwischen der Vergußmasse, die sich an beiden Wickelköpfen
angesammelt hat.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung werden in der nachstehenden Beschreibung
an Hand der Zeichnung erläutert, in der F i g. 1 einen Schnitt durch einen zu vergießenden
Drehstrommotor mit Oberflächenkühlung, F i g. 2 einen Schnitt durch eine Nut des
Motors und F i g. 3 eine Nuthülse darstellt.
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Gemäß F i g. 1 werden nach dem Einsetzen der in der Ständerbohrung
zentrierten Dorne 1 und 2 und der Befestigung des am unteren Dorn 2 angebrachten
Abschlußdeckels 3 sämtliche notwendigen Stellen 4 mit der Siliconkautschukstreichmasse
abgedichtet. Durch einen etwas höheren Härtezusatz bei der Siliconkautschukstreichmasse
wird erreicht, daß nach dem Einstreichen an den Abdichtungsstellen eine rasche Vernetzung
(Vulkanisation) eintritt. Nach etwa 10 bis 15 Minuten kann dann bereits mit dem
Einfüllen der Vergußmasse begonnen werden. Dabei fließt die Vergußmasse von den
beiden oberen Wickelköpfen durch die ausgestanzten Kanäle 5 und 6 der Nuten 7 in
F i g. 2 und durch die als Verschlußkeile eingelegten Glasseiden-Hohlschläuche 8
in die unteren Wickelkopfräume. Der Eintritt der Vergußmasse in den Wickelraum innerhalb
der Nuthülse erfolgt entlang den eingelegten Drähten 9 der Spulen und durch die
ausgestanzten Löcher der Nuthülse gemäß F i g. 3, wobei die Ausstanzungen im Rückenteil
der Nuthülse mit 10 bzw. in einem Seitenteil der Nuthülse mit 11 bezeichnet sind.
Aus F i g. 1 ist ebenfalls die Aussparung 5 am Nutengrund und der Gewebehohlschlauch
8 ersichtlich.
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Bei großem Fassungsvermögen der Wickelkopfräume kann das Vergießen
in mehreren Abschnitten erfolgen, damit einerseits eine lückenlose Ausfüllung der
Hohlräume, andererseits ein vollständiges Austreten der Luft beim Eingießen der
Masse erreicht wird. Ein Zusammenwachsen der einzelnen Teilabschnitte des Vergießens
erfolgt unabhängig vom jeweiligen Vernetzungszustand der Unterschicht. Die Dorne
1 und 2, welche vor dem Vergießen mit einem geeigneten Trennmittel (z. B. leichtes
Einschmieren mit Schmierseife) versehen wurden, können nach etwa 6 bis 8 Stunden
entfernt werden. Eine nachträgliche Korrektur der Formen des Vergusses ist ohne
weiteres mit üblichen Schneidgeräten (z. B. Messer) möglich. Ein Zusammenwachsen
der für die Abdichtung verwendeten Streichmasse mit der Vergußmasse ist durch die
gleiche Zusammensetzung und den gleichen Vernetzerzusatz gewährleistet.