Verfahren zur Isolation von Wicklungen elektrischer Maschinen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Isolation von Wicklungen elektrischer Maschinen mit durchgehendem Band, aber verschiedener Imprägnie rung von Nutenteil und Wicklungskopfteil.
Zum Isolieren der Wicklungen elektrischer Ma schinen stehen zwei verschiedene Verfahren zur Ver fügung: 1. Das Mikafolium-Verfahren, gekennzeichnet durch mechanisch und elektrisch hochwertige Nuten isolationen (Umpressungen aus Mika-Träger-Kombi- nationen mit Bindemitteln aus Schellack, Asphalt oder verschiedenen Kunstharzen) und Wicklungs- kopfisolationen aus Isolierbändern, die entweder mit geeigneten Mitteln imprägniert oder durch Wahl be sonderer Isolierbänder und Wickelverfahren auch ohne Vakuumimprägnierung hergestellt werden kön nen.
Die Isolationen für den Nutenteil und für die Wicklungsköpfe werden in besonderen Arbeitsgän gen angebracht, wobei besonders für Hochspannungs wicklungen üblicherweise zuerst die Kopfisolation und anschliessend die Nutenisolation hergestellt wird.
2. Eine Isolation, bestehend aus durchgehender Umbändelung des Nuten- und Wicklungskopfteiles mit Isolierbändern, die anschliessend mit einem oder verschiedenen Imprägniermitteln imprägniert werden können. Als Imprägniermittel sind Asphalte und ver schiedene Kombinationen von Kunstharzen bekannt, die sich hauptsächlich in ihren Eigenschaften bezüg lich des Imprägniervermögens, der mechanischen Wi derstandskraft, des dielektrischen Verhaltens, der Wärmebeständigkeit usw. unterscheiden.
Es ist üb lich, Nutenteil und Wicklungsköpfe im gleichen Ar beitsgang mit Isolierbändern zu bewickeln und an schliessend ein- oder mehrmals unter Vakuum zu im prägnieren.
Der Vorteil des zweiten Verfahrens gegenüber dem ersten besteht darin, dass zwischen Nutenisola- tion und Isolation der Wicklungsköpfe keine Trenn stellen vorhanden sind, so dass die Wicklungsaus ladungen kleiner gewählt werden können als beim Mi- kafolium-Verfahren. Anderseits muss als Vorteil des Mikafolium-Verfahrens hervorgehoben werden,
dass girre zweckmässige Anpassung der Isolationen an die mechanischen und elektrischen Erfordernisse des Nu tenteiles und der Wicklungsköpfe leicht realisiert wer den kann. Die üblicherweise harte Nutenisolation hält den mechanischen Beanspruchungen durch Wärmedilatationen und Kurzschlussströme gut stand, während die meisten etwas flexibler gewählten Iso lationen der Wicklungsköpfe den Ein- und Ausbau der Wicklungen erleichtern,
eine gute Ausnützung des Nutenvolumens auch bei Spreizwicklungen gestat ten und die Wärmedilatationen der Wicklungen nicht behindern.
Schon seit einiger Zeit sind Bestrebungen im Gange, den Vorteil verschiedener Isolationsqualitäten in Nut und Wicklungsköpfen auch auf durchgehende Isolierverfahren zu übertragen. So wurde versucht, die Vorteile von Mikafolium- und durchgehendem Bandisolations-Verfahren durch eigentliche Misch isolationen zu vereinigen; es wurde auch darnach getrachtet, durch die Wahl verschiedener Isolierband qualitäten oder Imprägnierharze für Nuten- und Wicklungskopfteil dieses Ziel zu erreichen.
Leider erfordern die meisten dieser Verfahren einen wesent lichen farbikatorischen Mehraufwand, sei es durch relativ grosse Imprägnierbäder und entsprechend ho hen Harzverschleiss sowie teure Vakuumanlagen, sei es durch zusätzliche Pressformen und Einrichtungen zum Verfestigen der Isolationen.
Um ein Verfahren zu schaffen, das die Mängel des Bekannten nicht aufweist, wird erfindungsgemäss die Bandisolation des Nutenteiles bei der Imprägnie- rung an beiden Enden durch mechanische Pressdich- tungen und ein geeignetes Dichtungsmittel abgedich tet.
Dadurch wird eine Isolation der Wicklungen, ins besondere der Stabwicklungen elektrischer Maschinen erreicht, welche qualitativ den durchgehend isolierten Wicklungen ebenbürtig ist und mit einem Minimum an fabrikatorischen Hilfsmitteln die Verwendung ver schiedenartiger Isolationen und Imprägniermittel für den Nutenteil und die Wicklungsköpfe gestattet.
Die separate Imprägnierung des Nutenteiles ermöglicht die Verwendung von mechanisch, thermisch oder elektrisch hochwertigsten Isoliermitteln, während für die Wicklungsköpfe elastische Isolationen guter me chanischer Festigkeit genügen, .deren Qualität be züglich thermischer und mechanischer Widerstands fähigkeit im Interesse genügender Flexibilität kleiner gewählt werden kann.
Weiterhin ist es vorteilhaft, eine mechanische Pressdichtung auf die Umbändelung, eine andere me chanische Pressdichtung auf das blanke oder mit einer Teilleiterisolation versehene Kupfer des Wicklungs stabes zu legen, wobei das Dichtungsmittel zwischen den beiden mechanischen Pressdichtungen angeordnet ist.
Ferner ist es zweckmässig, dass beim Umbändeln des Nutenteiles abwechslungsweise eine Lage nach links fortschreitend, die nächste Lage nach rechts ,fortschreitend gewickelt wird, derart, dass mit jeder Lage unter der mechanischen Pressdichtung begonnen wird, die auf die Umbändelung wirkt, während das Ende jeder Lage zwischen der inneren Dichtung und der äusseren Dichtung liegt.
In der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens erläutert.
Die Umbändelung erfolgt vorerst nur im Nuten teil, während die Bandisolation erst in einem späteren Zeitpunkt auf die Wicklungsköpfe ausgedehnt wird. Da die Qualität der imprägnierten Bandisolation in erster Linie von den Eigenschaften der verwendeten Imprägniermittel abhängt, werden verschiedene Harze für Nutenteil und Wicklungskopfisolation verwendet, in ähnlicher Weise wie im Mikafolium-Verfahren, wo für Nutenteil und Wicklungsköpfe verschiedene Bin demittel mit Erfolg seit langem verwendet werden.
Entsprechend den hohen Anforderungen an das Im prägniermittel der Nutenisolation und dem damit zu sammenhängenden hohen Preis dieser Imprägnier harze wird versucht, mit möglichst kleinem Harz überschuss zu arbeiten. Um dies zu erreichen, werden in Abweichung von den üblichen Herstellungsverfah- ren gerade Wicklungsstäbe verwendet, deren Wick lungskopfteile noch nicht geformt sind. Diese geraden Stäbe werden vorerst über die Länge L (Fig. 1), das heisst über die Länge der Nuten sowie einer beidseiti gen kleinen Zugabe, mit einem gut imprägnierbaren Isolierband bewickelt.
Wie in Fig. 1 durch S an gedeutet, wird dabei so verfahren, dass jede Bandlage in entgegengesetzter Richtung zur vorhergehenden aufgewickelt sind. Da die Wicklungsstäbe gerade sind, wird das Umbändeln gemäss Fig. 1 mit Vorteil ma schinell durchgeführt. Die im Nutenteil mit Band isolierten Stäbe wer den gemäss Fig. 2', die einer Seitenansicht von Fig. 2 entspricht, in dünne, U-förmige Blechkanäle gelegt, die mit einem Antiklebemittel (z. B. Silikonfett) ver sehen sind.
Für den Imprägniervorgang werden meh rere Stäbe, zusammen mit ihren U-Kanälen in einer einfachen Pressform vereinigt, die gestattet, an beiden Enden des isolierten Teiles durch Pressdruck die Wicklungsstäbe axial abzudichten (Teil A in Fig. 2). Als Dichtungsmaterial können Isolierbänder, Gummi bänder oder geeignete selbstklebende Bänder verwen det werden.
Es hat sich gezeigt, dass zur einwandfreien Im prägnierung der Nutenisolation noch eine weitere Dichtung erforderlich ist. Diese Dichtung wird ge mäss Fig.2, Teil B, unmittelbar auf dem blanken oder mit einer dünnen Teilleiterisolation versehenen Wicklungskupfer angebracht und hat den Zweck, an beiden Stabenden einen zusätzlichen Dichtungsraum (Fig. 2, Teil D) zu schaffen.
Die Pressform mit den eingelegten Wicklungsstä ben wird in einem Vakuumkessel, der infolge der ,günstigen Abmessungen der Imprägnier- und Press- form relativ klein sein kann, evakuiert, und anschlie ssend werden die beiden Dichtungsräume unter Va kuum mit einem niederviskosen Dichtungsmittel ge füllt. Das Dichtungsmittel wird so gewählt, dass es so wohl mit dem Imprägnierharz der Nutenisolation als auch mit demjenigen der Wicklungskopfisolation ver träglich ist.
Der Nutenteil wird hierauf unter Vakuum mit hochwertigem Imprägnierharz, beispielsweise mit einem unter dem Namen Emorlit bekannten Harz gefüllt, wobei nur sehr kleine überschuss-Harzmengen notwendig sind. Damit wird der Nutenteil mit dem härtbaren Bindemittel imprägniert, während die Bän der an beiden Enden der Umbändelung mit nicht- härtbarer Dichtungsflüssigkeit getränkt sind.
Im Be reich der Dichtungsstelle A bildet sich ein Gemisch zwischen Imprägnierharz und Dichtungsmittel, dessen Zusammensetzung wesentlich durch die Viskositäts- ziffern bestimmt wird. Wählt man als Dichtungsmittel eine Flüssigkeit kleiner Dielektrizitätskonstante (z. B. Styrol), dann führt die Mischung zu einer Isolations kombination im Bereiche des Nutenausganges, deren Dielektrizitätskonstante ebenfalls klein ist, was sich bezüglich Gleitentladungen am Ende der Nuten isolation günstig auswirkt.
Die Dichtungsflüssigkeit hat die Aufgabe, nach der Aufhebung des Vakuums das axiale Eindringen von Luft oder eines eventuellen Pressgases (beim Nachpressen mit einem neutralen Gas) an beiden En den der Nutenisolation zu verhindern. Damit ist es möglich, eine praktisch hohlraumfreie Nutenisolation mit ausgezeichneten dielektrischen Eigenschaften zu erhalten, obwohl Nutenteil und Wicklungskopf nicht gleichzeitig imprägniert werden.
Nach der Aufhebung des Vakuums wird die Press- form auf Nennmass der Nutenisolation geschlossen, die Dichtungsflüssigkeit durch Öffnen der Dichtungen B (Fig. 2) entfernt und die Nutenisolation z. B. durch Heissluftumwälzung <I>(H, U</I> in Fig.3) ausgehärtet.
Während der Verfestigung verdampfen die Reste der Dichtungsflüssigkeit, so dass nach dem Ausbau der im Nutenteil isolierten Stäbe das Isolierband beid seitig bis in den Bereich der Dichtungsstelle A (Fig. 2) wieder abgewickelt werden kann.
Als weitere Operationen folgen nun: a) das Formen der Wicklungsköpfe (Fig. 4), b) das Isolieren der Wicklungsköpfe, wobei die nicht verfestigten Teile des Nutenisolierbandes konti nuierlich in die Umbändelung der Wicklungsköpfe einbezogen werden. Für die Kopfisolation kann eines der bekannten Isolierverfahren verwendet werden: Mikabänder mit Kompoundierung, Isolierbänder, die mit flexiblen Kunstharzen nass gewickelt oder durch einen besonderen Imprägniervorgang mit solchen Harzen getränkt und verfestigt werden.
Es ist also ohne weiteres möglich, für die Wicklungskopfisolation ein anderes zweckmässiges und vor allem auch preis lich günstigeres Verfahren zu wählen.
Method for the insulation of windings of electrical machines The invention relates to a method for the insulation of windings of electrical machines with a continuous strip, but different impregnation of the slot part and winding head part.
There are two different methods available for insulating the windings of electrical machines: 1. The Mikafolium method, characterized by mechanically and electrically high-quality slot insulation (overpressing from Mika carrier combinations with binders made from shellac, asphalt or various synthetic resins) and winding head insulation made of insulating tapes, which can either be impregnated with suitable means or, by choosing special insulating tapes and winding processes, produced without vacuum impregnation.
The insulation for the groove part and for the winding heads are attached in special Arbeitsgän conditions, especially for high-voltage windings usually first the head insulation and then the groove insulation is made.
2. An insulation consisting of continuous banding of the groove and winding head part with insulating tapes, which can then be impregnated with one or different impregnating agents. As impregnating agents, asphalts and various combinations of synthetic resins are known, which mainly differ in their properties with respect to the impregnation ability, mechanical resistance, dielectric behavior, heat resistance, and so on.
It is customary to wrap the slot part and winding heads in the same work process with insulating tape and then to impregnate them once or several times under vacuum.
The advantage of the second method over the first is that there are no separating points between the slot insulation and the insulation of the winding heads, so that the winding overhangs can be selected to be smaller than in the microfolium method. On the other hand, one advantage of the Mikafolium process must be emphasized,
that appropriate adaptation of the insulation to the mechanical and electrical requirements of the groove part and the winding heads can easily be realized. The slot insulation, which is usually hard, withstands the mechanical stresses caused by thermal expansion and short-circuit currents, while most of the more flexible insulation of the winding heads makes it easier to install and remove the windings,
A good utilization of the groove volume even with spreading windings permitting and not hindering the thermal expansion of the windings.
For some time now, efforts have been made to transfer the advantages of different insulation qualities in the slot and winding heads to continuous insulation processes. Attempts have been made to combine the advantages of Mikafolium and continuous tape insulation processes through actual mixed insulation; Efforts were also made to achieve this goal by choosing different qualities of insulating tape or impregnating resins for the slot and winding head part.
Unfortunately, most of these processes require a substantial additional effort in terms of coloration, be it through relatively large impregnation baths and correspondingly high resin wear and tear, as well as expensive vacuum systems, be it through additional molds and devices for solidifying the insulation.
In order to create a method that does not have the shortcomings of the known, the tape insulation of the groove part is sealed according to the invention during the impregnation at both ends by mechanical press seals and a suitable sealing means.
As a result, insulation of the windings, in particular the bar windings of electrical machines, is achieved, which is qualitatively equal to the continuously insulated windings and allows the use of various types of insulation and impregnating agents for the groove part and the winding heads with a minimum of manufacturing aids.
The separate impregnation of the groove part enables the use of mechanically, thermally or electrically high-quality insulating materials, while elastic insulation of good mechanical strength is sufficient for the winding heads, the quality of which with regard to thermal and mechanical resistance can be selected to be smaller in the interest of sufficient flexibility.
Furthermore, it is advantageous to place a mechanical compression seal on the banding, another mechanical compression seal on the bare copper of the winding rod or with a partial conductor insulation, the sealing means being arranged between the two mechanical compression seals.
It is also useful that when taping the groove part, alternately one layer progressing to the left and the next layer to the right, progressively wound, in such a way that each layer begins under the mechanical compression seal that acts on the banding, while the end of each Position between the inner seal and the outer seal.
An exemplary embodiment of the method is explained in the drawing.
The banding is initially only partially done in the slot, while the tape insulation is only extended to the winding heads at a later point in time. Since the quality of the impregnated tape insulation depends primarily on the properties of the impregnating agent used, different resins are used for slot part and end winding insulation, in a similar way to the mikafolium process, where different binding agents have been used with success for a long time for slot parts and end windings.
In accordance with the high demands on the impregnating agent of the groove insulation and the associated high price of these impregnating resins, attempts are made to work with the smallest possible excess resin. In order to achieve this, in deviation from the usual manufacturing processes, straight winding bars are used whose winding head parts are not yet formed. These straight bars are initially wrapped over the length L (Fig. 1), that is, over the length of the grooves and a small addition on both sides, with an easily impregnable insulating tape.
As indicated in Fig. 1 by S, the procedure is such that each tape layer are wound in the opposite direction to the previous one. Since the winding bars are straight, the strapping according to FIG. 1 is advantageously carried out ma schinell. The rods insulated in the groove part with tape who according to Fig. 2 ', which corresponds to a side view of Fig. 2, placed in thin, U-shaped sheet metal channels that are seen ver with an anti-adhesive (z. B. silicone grease).
For the impregnation process, several rods are combined with their U-channels in a simple mold that allows the winding bars to be axially sealed at both ends of the insulated part by pressing pressure (part A in FIG. 2). As a sealing material, insulating tapes, rubber tapes or suitable self-adhesive tapes can be used.
It has been shown that a further seal is required for proper impregnation of the groove insulation. This seal is ge according to Fig. 2, part B, attached directly to the bare winding copper or provided with a thin partial conductor insulation and has the purpose of creating an additional sealing space (Fig. 2, part D) at both rod ends.
The compression mold with the inserted winding bars is evacuated in a vacuum tank, which can be relatively small due to the favorable dimensions of the impregnation and compression mold, and the two sealing spaces are then filled with a low-viscosity sealant under vacuum. The sealing means is chosen so that it is compatible with the impregnating resin of the slot insulation as well as with that of the end winding insulation.
The groove part is then filled under vacuum with high quality impregnating resin, for example with a resin known under the name Emorlit, only very small excess amounts of resin being necessary. In this way, the groove part is impregnated with the hardenable binding agent, while the bands at both ends of the banding are soaked with non-hardenable sealing liquid.
In the area of the sealing point A, a mixture is formed between the impregnation resin and the sealant, the composition of which is essentially determined by the viscosity figures. If a liquid with a low dielectric constant (e.g. styrene) is selected as the sealant, the mixture leads to an insulation combination in the area of the groove exit, the dielectric constant of which is also small, which has a beneficial effect on sliding discharges at the end of the groove insulation.
The sealing liquid has the task of preventing the axial penetration of air or any compressed gas (when re-pressing with a neutral gas) at both ends of the slot insulation after the vacuum has been released. This makes it possible to obtain a slot insulation that is practically void-free and has excellent dielectric properties, although the slot part and the end winding are not impregnated at the same time.
After the vacuum has been released, the compression mold is closed to the nominal dimension of the groove insulation, the sealing liquid is removed by opening the seals B (FIG. 2) and the groove insulation is removed e.g. B. cured by hot air circulation <I> (H, U </I> in Fig.3).
During the solidification, the residues of the sealing liquid evaporate, so that after the removal of the rods isolated in the groove part, the insulating tape can be unwound again on both sides up to the area of the sealing point A (FIG. 2).
The following operations now follow as further operations: a) the forming of the end turns (FIG. 4), b) the insulation of the end turns, the non-solidified parts of the slot insulating tape being continuously included in the wrapping of the end turns. One of the known insulation methods can be used for the head insulation: micro tapes with compounding, insulating tapes that are wet-wound with flexible synthetic resins or soaked and solidified with such resins through a special impregnation process.
It is therefore easily possible to choose another appropriate and, above all, cheaper method for the winding head insulation.