DE2841231A1

DE2841231A1 - Elektrisch isolierendes folienmaterial sowie damit hergestellte elektrische wicklungen

Info

Publication number: DE2841231A1
Application number: DE19782841231
Authority: DE
Inventors: William Harry Gottung; Kevork Ara Torossian
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1977-09-23
Filing date: 1978-09-22
Publication date: 1979-04-05
Also published as: ES473626A1; BR7806344A; IT1098881B; CA1117380A; IT7827895A0; US4163912A

Description

GENERAL ELECTRIC COMPANY, Schenectady, N.Y., VStA

Elektrisch isolierendes Folienmaterial sowie damit hergestellte elektrische Wicklungen

Die Erfindung betrifft elektrisch isolierendes Folienmaterial sowie isolierte elektrische Wicklungen, die derartiges Folienmaterial enthalten. Insbesondere betrifft die Erfindung ein isolierendes Folienmaterial, das unter hohem Druck thermisch ausgehärtet werden kann, ohne daß das Folienmaterial oder integrierende Bestandteile davon kriechen oder aus dem Zwischenraum zwischen den Teilen, mit denen das Material verbunden ist, verdrängt werden.

Bei der Herstellung von isolierten elektrischen Wicklungen, wie solchen, die bei Elektromotoren oder Leistungstransformatoren verwendet werden, ist es üblich, die entsprechenden Windungen der Wicklungen voneinander zu isolieren, indem man zwischen die Wicklungswindungen isolierendes Folienmaterial bringt. Eine derartige Isolierung durch Folienmaterial wird normalerweise lediglich für Hochspannungswicklungen oder Wicklungen mit verhältnismäßig großen Windungen erforderlich, die verhältnismäßig hohe Spannungen zwischen den benachbarten Windungen der Wicklung entstehen lassen. Über eine Reihe von Jahren hat man zur Erfüllung dieser dielektrischen Aufgabe bei der Herstellung von großen Wicklungen für rotierende Dynamomaschinen oder elektrische Hochspannungstransformatoren Folien aus Asbestmaterial verwendet. Zwar besitzt Folienmaterial aus Asbest eine Reihe ausgezeichneter Eigenschaften für diesen Verwendungszweck, jedoch ist es für viele Fabrikationsvorgänge verhältnismäßig schwierig und aufwendig zu handhaben. Außerdem besteht ein beträchtlicher Nachteil bei der Verwendung von Folienmaterial aus Asbest zur Isolierung der Wicklungswindungen derartiger

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Hochspannungsvorrichtungen darin, daß die isolierende Folie in Abschnitte zerteilt werden muß, damit sie einander gegenüberliegende Seiten von benachbarten Windungen der Wicklungen vollständig bedeckt«, Unvermeidlich werden bei derartigen Zerteilungsvorgängen unerwünscht große Mengen von Asbestteilchen in die Luft abgegeben, so daß es erforderlich wird, diese Vorgänge in sorgfältig kontrollierter Umgebung durchzuführen, damit das Atmungssystem der Arbeiter vor Schaden bewahrt bleibt, der durch die Luft transportierten Asbestteilchen hervorgerufen werden könnte.

Bei der Herstellung der bekannten elektrischen Hochspannungswicklungen ist es weiter typischerweise bekannt, harzartige Klebematerialien zu verwenden, um die Wicklungswindungen und die zwischen den entsprechenden Windungen der Wicklungen angeordneten Folien aus dielektrischem Material aneinander zu binden. Zur Durchführung dieser Bindung an gegebenen Arten von elektrischen Hochspannungswicklungen sind schon verschiedene Materialien mit unterschiedlichem Erfolg verwendet worden. Jedoch besitzen sämtliche bekannten Kombinationen aus harzartigen Bindemitteln und dielektrischem Foli.enmaterial bestimmte gemeinsame Nachteile« Zusätzlich zu den Schwierigkeiten durch luftbeförderte Asbestteilchen, wie sie oben erwähnt sind, weisen die bekannten Kombinationen aus dielektrischem Folienmaterial und harzartigen Bindemitteln typischerweise die folgenden gemeinsamen Arten von Herstellungsschwierigkeiten auf« Sie lassen sich schwierig handhaben und genau zwischen den Windungen der elektrischen Wicklungen während des Beginns der Herstellungsphasen eines Wickelvorganges anordnen,. Außerdem besitzen diese bekannten Isoliermaterialien die Eigenschaft, leicht zu kriechen oder aus ihrer Lage zwischen den Windungen der Wicklungen verdrängt zu werden, wenn die Wicklungen während normaler Bindungsvorgänge hohen Drücken ausgesetzt werden_s wie sie zum Aushärten der Bindemittelharze und zur gleichmäßigen Verteilung der Harze über die angrenzenden Oberflächen der

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Wicklungswindungen angewandt werden. Weiter besitzen einige Kombinationen bekannter Folien aus Isoliermaterial keine hinreichend lange Lagerfähigkeit oder keine hinreichend gute Bindefestigkeit, wie sie normalerweise bei der Herstellung von elektrischen Hochspannungswicklungen, wie solchen, die für Dynamomaschinen oder Hochspannungstransformatoren verwendet werden, bevorzugt sind. Schließlich werden manche der bekannten Isolierfolienmaterialien thermisch instabil, wenn sie über einen begrenzten Temperaturbereich hinaus Temperatureinwirkungen unterworfen werden oder wenn sie gegebenen.Temperaturen über längere Zeit ausgesetzt werden.

Selbstverständlich ist es zweckmäßig, die Wärmestabilität und die Wärmealterungseigenschaften von Folienisoliermaterial, wie es bei der Herstellung von elektrischen Hochspannungswicklungen verwendet wird, zu verbessern, so daß ihre Gesamtbetriebseigenschaften verbessert und erweitert werden. Auch ist es zweckmäßig, ein Isolierfolienmaterial herzustellen, das sich leicht und wirksam anwenden läßt, um damit eine ausgezeichnete dielektrische Schranke zwischen benachbarten Windungen von Hochspannungswicklungen mit geringst möglichem Einrichtungs- und Arbeitsaufwand zu bilden. Insbesondere wäre es zweckmäßig, ein derartiges Material herzustellen, das rasch und leicht dazu verwendet werden kann, benachbarte Windungen von Wicklungen voneinander vollständig zu isolieren und zugleich eine isolierende Sperre zwischen den Wicklungswindungen zu liefern, die nach ihrer Aushärtung, durch die die isolierten Wicklungen in einen Zustand gebracht werden, in dem sie in eine rotierende Dynamomaschine oder einen Leistungstransformator eingesetzt werden können, keine zusätzliche Behandlung erfordert. Für bestimmte Arten von Wicklungen wurde gefunden, daß es zweckmäßig ist, Folien aus Isoliermaterial um die Ränder der Wicklungswindungen zu falten, so daß es erforderlich ist, ein Isolierfolienmaterial herzustellen, das um 180° gefaltet werden kann, ohne daß es bricht, reißt oder an den Falten

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seine Isoliereigenschaften verliert.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein elektrisch isolierendes Folienmaterial sowie elektrische Wicklungen, die mit einem derartigen Folienmaterial isoliert sind, zu schaffen, die sich wirksam und wirtschaftlich herstellen lassen und nicht die Nachteile der oben erwähnten bekannten Isöliermaterialien und Wicklungen aufweisen.

Gegenstand der Erfindung ist die in Anspruch 1 beschriebene isolierte elektrische Wicklung.

Das zur Herstellung der erfindungsgemäßen Wicklung bevorzugt verwendete elektrisch isolierende Folienmaterial wird hergestellt, indem man ein Blatt von nicht aus Cellulose bestehendem Papier, wie beispielsweise von Aramidpapier, auf beiden Seiten mit einem gleichmäßig verteilten Überzug aus wärmehärtbarem, harzartigem Klebstoff, der sich in einem festen, jedoch durch Hitzeeinwirkung zum Kleben zu bringenden Zustand befindet, in Kombination mit einem Muster aus druckempfindlichem Klebstoff, der nur auf eine Seite des Isolierpapiers aufgebracht wird, beschichtet. Eine elektrische Wicklung wird unter Verwendung dieses elektrisch isolierenden Folienmaterials hergestellt, indem man auf die richtige Größe vorgeschnittene Folien des Materials zwischen einander zugekehrten flachen Seiten der Wicklung legt und das Isoliermaterial in seiner Lage mit dem druckempfindlichen Klebstoff befestigt. Danach wird die Wicklung zur Aushärtung des harzartigen Klebers und zur Ausbildung einer Dauerbindung zwischen dem Isolierpapier und den Flächen der Wicklungswindungen einer Druck- und Wärmebehandlung unterzogen. In einer besonders bevorzugten Durchführungsform dieses Verfahrens werden gefaltete Folien aus dem Isoliermaterial um ausgewählte Seiten der Wicklungswindungen in einem vorherbestimmten Muster angeordnet, so daß benachbarte Abschnitte des Folienmaterials eng, d.h. innerhalb

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einer Toleranz von etwa-{0,000 bis -1,52 mm (+0,000 bis -0,060 inch) aneinander anstoßen und dadurch die flachen Seiten der Wicklungswindungen einerseits vollständig überdeckt werden und andererseits keine der Anstoßstellen zwischen den Folien aus isolierendem Material übereinanderliegen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von Zeichnungen näher erläutert, worin

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Teils eines Rotors einer Dynamomaschine mit vier hervortretenden Feldpolen, die Wicklungen gemäß der Erfindung aufweisen,

Fig. 2 mit den Unterfiguren 2A bis 2F Draufsichten verschiedener Folien aus elektrisch isolierendem Material gemäß der Erfindung mit einer Anzahl verschiedener Muster aus druckempfindlichem Kleber, der auf eine Seite davon aufgebracht ist,

Fig. 5 ein Längsschnitt durch einen Teil einer bekannten Wicklung für das Feld einer Dynamomaschine mit Schellackbindemittel und Asbestfolienmaterial, die zwischen den Windungen der Wicklung durch die Einwirkung von Hitze und Druck auf die Wicklung während eines typischen Verformungsarbeitsganges herausgequetscht worden sind,

Fig. 4 ein Längsschnitt durch einen Teil einer Feldwicklung für eine Dynamomaschine, die mit dem elektrisch isolierenden Folienmaterial gemäß der Erfindung isoliert worden ist, wobei eine saubere, fehlerfreie Seite der Wicklung zu erkennen ist, wie sie unmittelbar nachdem die Wicklung zur Bindung des isolierenden Folienmaterials an die entsprechenden gegenüberliegenden Seiten der Wicklungswindungen komprimiert und erhitzt worden ist, zu erkennen ist, und

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Fig. 5 eine Folge von neun verschiedenen Anordnungen für elektrisch, isolierende Folien gemäß der Erfindung zur vollständigen Isolierung von neun Windungen einer Dynamomaschinenwicklung voneinander gemäß der Erfindung

zeigen.

Gemäß Fig. 1, worin ein Teil einer Dynamomaschine 1 dargestellt ist, sind auf deren zentraler Welle 2 in herkömmlicher Weise vier hervorspringende Feldpole angeordnet, von denen zwei als Pole 3 und 4 bezeichnet sind. Typischerweise werden diese Pole aus einer Anzahl von vorgeformten Laminaten hergestellt, die zusammengeklammert auf die Welle montiert und von Erregerwicklungen, wie beispielsweise den Wicklungen 5 und 6 auf den Polen 3 bzw. 4, umgeben werden. Die Art von Wicklungen, die in dieser Ausführungsform dargestellt ist, wird aus Kupferdraht mit im allgemeinen rechteckigem Querschnitt hergestellt, der so gewickelt ist, daß die entsprechenden Windungen der Wicklungen übereinander einander gegenüberliegen. Zufolge der Länge jeder Windung in den Wicklungen 5 und 6 wird beim Zuführen von Energie in die Wicklungen eine beträchtliche Spannung von Windung zu Windung erzeugt. Deswegen müssen die Windungen der Wicklungen 5 und 6 voneinander isoliert werden, um zu gewährleisten, daß sie ihre gewünschte Polerregerfunktion ausüben. Die Wicklungen 5 und 6 sowie die anderen gezeigten Wicklungen sind erfindungsgemäß aufgebaut, so daß eine einzige elektrisch isolierende Folie zwischen jeder der Windungswicklungen angeordnet ist, um diese voneinander vollständig zu isolieren. Das isolierende Folienmaterial wird in einer bestimmten Anordnung, die weiter unten näher erläutert wird, auf die Windungen der Wicklungen aufgebracht; jedoch soll vor der weiteren Erörterung der charakteristischen Merkmale der erfindungsgemäßen Wicklungen, wie beispielsweise der Wicklungen 5 und 6 gemäß Fig. 1, zunächst Fig. 2 erläutert werden, um die verschiedenen Arten von elektrisch isolierendem Folienmaterial gemäß der Erfindung zu zeigen.

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Gemäß Fig. 2A ist das elektrisch isolierende Material 7 erfindungsgemäß aus einem geeigneten, nicht aus Cellulose bestehenden Papier, wie beispielsweise Aramidpapier, hergestellt und ein Überzug aus wärmehärtbarem, harzartigem Kleber, der sich in einem festen, jedoch durch Wärmeeinwirkung klebefähig machbaren Zustand befindet und praktisch gleichmäßig über mindestens eine Seite des Grundpapieres aus Aramid verteilt ist, hergestellt. Der Überzug aus durch Wärmeeinwirkung klebefähig machbarem, harzartigem Kleber ist mit der Bezugszahl 8 bezeichnet und erstreckt sich in der Ausführungsform gemäß Fig. 2A über praktisch die gesamte obere und untere Oberfläche des Blattes 7. In der beschriebenen Ausführungsform besitzt das beschichtete Blatt aus Aramidpapier eine Dicke im Bereich von 0,13 bis 0,25 mm (0,005 bis 0,01 inch). In Kombination mit dem Blatt 7 und der Beschichtung 8 darauf ist ferner ein druckempfindliches Klebematerial vorgesehen, das über die durch Wärmeeinwirkung klebbar zu machende Beschichtung 8 aus harzartigem Kleber in einem Muster aus großen und kleinen Kreisen 9a und 9b verteilt, die eine beliebige vorherbestimmte Gestalt besitzen können und entweder gefüllt sein oder, wie dargestellt, lediglich aus den Umfangslinien bestehen können. Es ist jedoch zu bemerken, daß es zweckmäßig ist, die maximale Entfernung zwischen jedem mit diesem druckempfindlichen Klebematerial nicht bedeckten Punkt des Blattes 7 und dem nächsten Punkt in dem durch die Kreise 9a und 9b definierten Muster auf etwa 25,4 mm (1 inch) zu begrenzen. Alternative Ausführungsformen, bei denen lediglich eine Seite des Blattes 7 mit dem durch Wärmeeinwirkung klebfähig zu machenden Harz beschichtet ist, können ebenfalls verwendet werden.

Der Zweck des druckempfindlichen Klebemittels, das auf dem Blatt 7 in dem dargestellten Muster angeordnet ist, besteht darin, ein Festhaften beim anfänglichen Auflegen des Blattes 7 und der Beschichtung 8 auf die Oberfläche eines

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metallischen Leiters, der isoliert werden soll, zu gewährleisten. Wenn beispielsweise, wie weiter unten näher erläutert, ein Blatt aus diesem Isoliermaterial dazu verwendet werden soll, die Isolation von Windung zu Windung einer Wicklung, wie beispielsweise von Wicklung 5 oder 6 gemäß Fig. 1, zu bewirken, kann die Folie 7 zu der gewünschten Größe vorgeschnitten werden, so daß ein vorherbestimmter Anteil einer Oberfläche einer Wicklungswindung bedeckt wird, und anschließend auf diese Oberfläche der Wicklung gedrückt werden, so daß die Kreise 9a, 9b usw. aus druckempfindlichem Kleber das Blatt in seiner Lage zwischen.den Windungen der Wicklung halten, bis die Beschichtung aus harzartigem Klebematerial 8 durch Erhitzen und Druckeinwirkung ausgehärtet wird und das Blatt 7 mit der Oberfläche der Windungswicklung verbindet. Eine Vielzahl unterschiedlicher Muster aus druckempfindlichem Material hat sich als für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignet erwiesen, wie weiter unten im Hinblick auf die Fig. 2B bis 2F erläutert wird, die Beispiele für derartige alternative Muster zeigen. Selbstverständlich können zwar vorgeschnittene Blätter aus Aramidpapier wie im Fall der beschriebenen bevorzugten Ausführungsform verwendet werden, jedoch können bei anderen Anwendungen die Blätter aus Aramidpapier an Ort und Stelle auf den aufgewundenen oder hergestellten Wicklungen zurechtgeschnitten werden. Bei derartigen anderen Anwendungen sind die Muster aus druckempfindlichem Klebstoff auf dem Blatt 7 besonders hilfreich bei dem Festhalten der Blätter während des erforderlichen Schneidvorganges.

Verschiedene geeignete im Handel erhältliche Papiere und wärmehärtbare Klebematerialien können verwendet werden, um Folien oder Blätter aus isolierendem Material für die verschiedenen Anwendungszwecke gemäß der Erfindung herzustellen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Aramidpapierblatt verwendet, wie beispiels-

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weise das in Fig. 2A dargestellte Papierblatt 7, das von DuPont Company of Wilmington, Delaware unter der Bezeichnung NOMEX vertrieben wird. Nomexpapier ist beispielsweise aus zwei verschiedenen Formen des selben Polymerisats zusammengesetzt; kurze, im allgemeinen gerade Fasern oder Flocken sowie kleinere, mehr gewundene faserförmige Bindeteilchen. Nach dem Verarbeiten auf herkömmlichen Einrichtungen für die Papierherstellung werden diese beiden Bestandteile ohne zusätzliche Bindemittel, Füllstoffe oder Teilchen verschiedener Größe dauerhaft miteinander verbunden. Alternativ können auch andere, nicht aus Cellulose bestehende Papiere, die unter hohem Druck und hoher Temperatur nicht wesentlich zusammengedrückt werden oder kriechen, gemäß der Erfindung verwendet werden, vorausgesetzt, daß sie geeignete wärmealterungs- und dielektrische Eigenschaften besitzen.

Eine bevorzugte Zusammensetzung für die Bescliichtungslösung des wärmehärtbaren, harzartigen Klebematerials 8, das zum Überziehen mindestens einer Seite (und vorzugsweise beider Seiten) des Aramidblattes 7 verwendet wird, ist der folgenden Aufstellung zu entnehmen:

Gew.-Teile	Bestandteil.
31	Araldit 6060 (Epoxidharz)
1,6	Dicyandiamid
0,8	2-Ethyl-4-methylimidazol
	(10%ige Lösung in Cellosolve)
8,1	Min-Ü-Sil
30,5	Cellosolve
8,0	Aerosil OX 50
20,0	Glasfasern (etwa 0,0127 Durchm

(0,0005") und 3,81 mm (0,15") Länge)

Das Epoxidharz Araldit ist ein Diglycidilether von Bisphenol A. Das Ganze wird zu einem homogenen Lack zum Aufbringen auf das Aramidpapier dispergiert.

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Für das bevorzugte druckempfindliche Klebemittel, das zur Herstellung der Kreise 9a und 9b auf der Beschichtung 8 aus wärmehärtbarem Harz auf dem Aramidblatt 7 verwendet wird, wie in Fig. 2A dargestellt, haben sich im Handel erhältliche Produkte als geeignet erwiesen, wie beispielsweise das unter der Bezeichnung Duro-Tack 80-1003 erhältliche, sehr wirkungsvolle Produkt der National Starch and Chemical Company. Alternativ kann eine Formulierung für einen druckempfindlichen Mehrkomponentenkleber mit ausgezeichneten Ergebnissen verwendet werden, wie beispielsweise der folgende:

Gew.-Teile Bestandteil

15 Epon 836

30 Mischpolymerisat aus Ethyloctylacetat und

Vinylacetat Nr. 80-1049).

30 Dicyandiamid (in 13%iger Lösung).

Es wurde gefunden, daß elektrisch isolierendes Folienmaterial gemäß der Erfindung, das unter Verwendung dieser geeigneten Bestandteile hergestellt worden ist, eine Mindestabschälfestigkeit von 20 g aufweist.

Nach dem Aushärten wird eine Bindefestigkeit im Bereich von 20,6 bis 34,4 Bar (300 bis 500 psi) des Klebemittels bei Raumtemperatur, von 6,9 bis 1-3,8 Bar (100 bis 200 psi) bei 130 ⁰C und von 3,4 bis 11,7 Bar (50 bis 170 psi) bei 155 ⁰C erzielt. Somit besitzt das elektrisch isolierende Folienmaterial gemäß der Erfindung eine ausgezeichnete Wärmestabilität, die es für die Verwendung zur Herstellung von elektrischen Wicklungen für Dynamomaschinen und Hochspannungs-Leistungstransformatoren geeignet macht, die in diesen Temperaturbereichen lange Zeit über betrieben werden müssen. Bei der erwünschten Mindestabschälfestigkeit von 20 g sind die Folien außerdem leicht zu bearbeiten und zuverlässig zu installieren, wenn entweder vorgeschnittene Folien oder Blät-

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ter oder Folien verwendet werden, die nach ihrem Aufbringen auf bereits aufgewundene Windungen zurechtgeschnitten werden.

Wie oben erwähnt, wurde gefunden, daß eine große Anzahl verschiedener Muster des druckempfindlichen Klebemittels anstelle der Kreise 9a und 9b, wie sie in Fig. 2A dargestellt sind, verwendet werden kann, um elektrisch isolierendes Folienmaterial zu erhalten, das sich besonders zur Verwendung beim Isolieren der Windungen von "elektrischen Wicklungen voneinander eignet. Beispiele für derartige andere Muster von druckempfindlichem Klebstoff sind in Fig. 2B bis 2F dargestellt, wobei die Muster aus druckempfindlichem. Klebstoff in jeder dieser Figuren durch dunkle Linien und Flächen dargestellt sind, während ein Aramidblatt 7 und ein Überzug aus geeignetem, durch Hitzeeinwirkung klebefähig machbarem, wärmehärtbarem, harzartigem Klebematerial 8 in festem Zustand gleichmäßig über mindestens eine Seite des Blattes 7 verteilt dargestellt ist.

Bei den bevorzugten Ausführungsformen der in den Fig. 2A bis 2F dargestellten Folien oder Blättern sind die Muster des druckempfindlichen Klebemittels durch die miteinander verbundenen Linien 9 oder durch die Kreise 9a, 9b, die Sterne 10 in Fig. 2C oder die großen Streifen 9a¹ und die kleinen Streifen 9b¹ in den Fig. 2E und 2F dargestellt; sie sind über die entsprechenden Beschichtungen aus harzartigem. Klebematerial 8 auf den entsprechenden Blättern aus Aramidpapier 7 aufgebracht. Dies ist möglich, weil es sich herausgestellt hat, daß beim Aushärten des wärmehärtbaren, harzartigen Klebemittels unter Druck dieses durch die Muster aus dem druckempfindlichen Klebemittel durchschlägt und mit der Metallwicklung, auf die das Isolierblatt 7 gelegt ist, eine gute Bindung bildet. Selbstverständlich kann für bestimmte Anwendungszwecke das durch Wärme klebefähig gemachte, wärmehärtbare, harzartige Klebemittel praktisch gleichmäßig

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über die Oberfläche eines Aramidblattes 7 aufgebracht werden, wobei die Stellen freigelassen werden, die von dem Muster aus druckempfindlichem Kleber besetzt sind.

Bei einer anderen Ausführungsform ist die Beschichtung aus harzartigem, durch Wärmeeinwirkung klebefähig machbarem Kleber nur auf einer Seite eines Blattes aus Aramidpapier 7 aufgebracht, und ein ausgewähltes Muster aus druckempfindlichem Kleber ist auf mindestens eine Seite des beschichteten Blattes aus Aramidpapier aufgebracht, so daß eine Folie oder ein Blatt aus elektrisch isolierendem Material gemäß der Erfindung gebildet wird. Auf diese Weise kann gemäß den verschiedenen in Fig. 2 dargestellten Mustern das druckempfindliche Klebematerial entweder in einer Anzahl gleichmäßig beabstandeter, praktisch gleicher geometrischer Figuren aufgebracht sein, wie beispielsweise in Form von Kreisen 9a, 9b gemäß Fig. 2A, Sternen 10 gemäß Fig. 2C oder diamantartigen Konfigurationen 9a¹, 9b^f gemäß Fig. 2F. Alternativ kann das Muster aus dem druckempfindlichen Kleber gemäß der Erfindung ein Netz aus miteinander verbundenen Linien darstellen, wie beispielsweise den Linien 9 in Fig. 2B und 2D. Andere Muster, wie beispielsweise eine Anzahl voneinander beabstandeter, praktisch identischer Figuren von beliebigem, vorherbestimmtem Aufbau, die die oben erwähnte Höchstentfernung zwischen den mit druckempfindlichem Kleber bedeckten Stellen einhalten, können ebenfalls dazu verwendet werden, hinreichend viel Kleber innerhalb dieser zweckmäßigen Entfernungsgrenzen anzuordnen.

Außer der Bindefestigkeit von mindestens 3,4 Bar (50 psi) bei 155 °C, die mit dem isolierenden Folienmaterial gemäß der Erfindung erzielt werden kann, stellt seine Freiheit von den Erscheinungen des Herausgedrängtwerdens und des Kriechens eine besonders vorteilhafte Eigenschaft dar, die es äußerst geeignet zur Bildung von aufgeklebter Isolierung zwischen den Windungen einer elektrischen Wicklung des

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Typs macht, wie er gewöhnlich in Dynamomaschinen wie der in Fig. 1 dargestellten verwendet werden. Wie oben erwähnt, war es bisher üblich, Blätter oder Folien aus Asbestmaterial, die mit einem Bindemittel aus Schellack überzogen waren, zur Bildung derartiger Zwischenwindungsschichten aus Isoliermaterial zu verwenden. Zum Vergleich ist in Fig. 3 der Zeichnungen ein Schnitt durch eine Wicklung dargestellt, die durch Anordnen von Folien aus Asbestmaterial, die mit einem Bindemittel aus Schellack überzogen waren, zwischen den Wicklungswindungen hergestellt worden ist. Wie ersichtlich, ist der Schellack aus dem Zwischenraum zwischen den Windungen der Wicklung aufgrund der hohen Temperatur und des hohen Druckes, denen die Wicklung zur vollständigen Abflachung der Seiten der Windungen und zum Aushärten des Bindemittels ausgesetzt worden ist, herausgequetscht worden. Aufgrund dieser Art von massivem Herausgequetschtwerden der bekannten Isoliermaterialien für Windungswicklungen, wie der aus Asbestpapier oder anderen Kombinationen, wie Nomexpapier mit Epoxidharzen oder Nomexpapier mit Betaglas und Epoxidharzen, die sämtlich ein ähnliches unerwünschtes Ausmaß an Herausgequetschtwerden und Kriechen des Isolierpapiers aus dem Zwischenraum zwischen den Windungen aufweisen, war es bei der Verwendung derartiger Systeme stets erforderlich, die herausgequetschten Materialien von den Wicklungen abzukratzen oder anderweitig manuell zu entfernen, um die Wicklungen zu säubern, bevor sie an ihre vorherbestimmte Stelle eingesetzt werden konnten. Häufig verursachten solche Abkratzvorgänge die Entstehung von Graten oder anderen scharfen Unebenheiten an den Rändern der Wicklungen. Diese Grate verursachten wiederum häufig elektrische Durchbrüche durch die Isolierung zwischen benachbarten Windungen der Wicklung.

Ein bemerkenswert andersartiges Ergebnis wird erzielt, wenn das Isoliermaterial gemäß der Erfindung, wie oben beschrieben, zur Isolierung der Windungen einer derartigen Wicklung verwendet wird. Ein Beispiel für eine Wick-

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lung gemäß der Erfindung ist in Fig. 4 erläutert. Wie durch einen Vergleich zwischen Fig. 4 und Fig. 3 zu ersehen ist, tritt gemäß Fig. 4 praktisch kein Ausquetschen des harzartigen Klebers 8 oder des druckempfindlichen Klebematerials 9, 9a, 9b usw. auf dem Blatt 7 aus Isoliermaterial zwischen den entsprechenden Wicklungswindungen 10, 11, 12 usw. auf. Dieser Sachverhalt hebt sich äußerst vorteilhaft von der starken Ansammlung 13 aus herausgequetschtem Material, wie beispielsweise von Epoxidharz, ab, die zwischen den benachbarten ¥icklungswindungen 10', 11^f und 12' bei der in Fig. erläuterten bekannten Wicklungsart gezeigt ist. Diese grafische Illustrierung zeigt klar, daß praktisch keinerlei manuelles Säubern der Ränder einer Wicklung gemäß der Erfindung erforderlich ist, um sie zum Montieren und Einsetzen, wie es für die Wicklungen 5 und 6 in Fig. 1 der Zeichnungen dargestellt ist, vorzubereiten.

Diese erwünschten Eigenschaften einer elektrischen Wicklung gemäß der Erfindung können erzielt werden, indem man einfach Blätter oder Folien der Isolierung zuschneidet, damit sie praktisch vollständig die einander gegenüberliegenden Oberflächen von benachbarten Windungen der Wicklung bedecken, die vorgeschnittenen Stücke aus Isoliermaterial 7 für das Anhaften des druckempfindlichen Klebers 9, 9a, 9b usw. auf die Oberfläche der Wicklung drückt und anschließend die Wicklung verpreßt und auf eine vorherbestimmte Temperatur erhitzt, um die Beschichtung aus durch Hitzeeinwirkung klebefähig gemachtem harzartigem Kleber 8 vollständig auszuhärten, so daß eine Wicklung erhalten wird, die sich als Feldwicklung einer Dynamomaschine oder als Wicklung eines elektrischen Leistungstransformators eignet..Jedoch wird zur Herstellung der am meisten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wicklung eine besondere Anordnung der Blätter oder Folien aus Isoliermaterial angewandt, wie im folgenden an Hand von Fig. 5 erläutert wird.

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In Fig. 5 sind neun getrennte Windungen einer elektrischen Wicklung dargestellt, die für die vorliegenden Zwecke als eine Feldwicklung anzusehen ist, wie beispielsweise die Wicklung 5 oder 6 gemäß Fig. 1. Wie dargestellt, "besteht eine derartige Wicklung aus einer Anzahl von Windungen aus elektrisch leitendem Metall, wie Kupfer, mit im allgemeinen flachen Seiten, die so aufgewickelt sind, daß die entsprechenden flachen Seiten einander gegenüberliegen. Zur Herstellung einer grundlegenden Form der erfindungsgemäßen Wicklung wird eine Anzahl von Folien aus elektrisch isolierendem Material, die, wie oben beschrieben, aus einem Aramidgrundpapier 7 bestehen, das mit einem durch Hitzeeinwirkung klebfähig machbaren, jedoch gehärteten Kleber 8 und einem Muster aus druckempfindlichem Kleber 9, 9a, 9b usw. beschichtet ist, jeweils zwischen die einander gegenüberliegenden Seiten der Windungswicklungen angeordnet, um die Windungen voneinander elektrisch zu isolieren. Das druckempfindliche Klebemittel hält die Folie 7 an den Windungen mit einer Mindestabschälfestigkeit von 20 g fest. Anschließend wird das wärmehärtbare, harzartige Klebemittel 8 auf jedem Aramidpapier 7 unter vorherbestimmten Erhitzungsund Druckbedingungen ausgehärtet, wobei zwischen jedem Blatt Aramidpapier und der daran angrenzenden Windungswicklung eine Bindung hergestellt wird.

Bei einer elektrischen Wicklung, wie der in Fig. 5 dargestellten gemäß der Erfindung aufgebauten Wicklung, die eine Feldwicklung für eine Dynamomaschine darstellt und im allgemeinen gerade Seiten- und Endabschnitte 14, 14a bzw. 15, 15a aufweist, sind die jeweiligen Folien aus beschichtetem Aramidpapier genau zu solchen Längen geschnitten, daß eine kontinuierliche Reihe von dicht aneinanderstoßenden Folien gebildet wird, die sich praktisch längs der gesamten Länge der einander gegenüberliegenden Seiten der Windungen der Wicklung erstreckt, wie in Fig. 5 bei den Windungen 1 bis 9 durch die (lediglich bei den Windungen 1

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und 2 dargestellten) Stoßlinien 16, 17, 18, 19, 20 und 21 dargestellt.

Um zu verhindern, daß die Anstoßstellen der aneinander angrenzenden Enden des beschichteten Aramidmaterials bei benachbarten Wicklungswindungen übereinander zu liegen kommen, werden die geschnittenen Folien aus Isoliermaterial sorgfältig angeordnet und in ihre Länge und Gestalt, wie in Fig. 5 für die entsprechenden Windungen gezeigt, zugeschnitten. Wie oben erwähnt, wird dies erreicht, indem man bei dieser Ausführungsform die dichten Anstoßstellen zwi-! sehen benachbarten Folien innerhalb einer Toleranz von +0,000 bis -1,52 mm (+0,000 bis -0,060 inch) hält.

Bei der am meisten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wicklung wird jedes Blatt aus Isoliermaterial, wie beispielsweise das Blatt 7, wie beispielsweise in Fig. 4 angedeutet, scharf, d.h. um einen Winkel von im wesentlichen 180°, um eine Seite der Windungswicklung herum gefaltet, so daß es praktisch die Gesamtfläche der beiden im allgemeinen ebenen Seiten der Wicklung, die an die Falte angrenzen, bedeckt. Ein bedeutendes Merkmal der Erfindung liegt darin, daß das Aramidpapierblatt 7 und die Kleber 8 und 9 scharf gefaltet werden können, ohne daß ein Brechen oder Kriechen hervorgerufen wird, das ausreichen würde, um ihre Isolationseigenschaften zu zerstören.

Eine derartige optimale Anordnung von gefalteten Folien aus Isoliermaterial wird in Fig. 5 durch die kleinen Pfeile bei den Windungen 1 bis 9 der dargestellten Feldwicklung angedeutet. Jeder der kleinen Pfeile zeigt von der Falte in der Folie aus Isoliermaterial weg und auf ihre offenen Ränder, hin. Somit bedeckt beim Endabschnitt 14 von Windung gemäß Fig. 5 die gefaltete Folie aus Isoliermaterial 7 praktisch beide Seiten des Wicklungsendabschnittes 14 und erstreckt sich um dessen oberen Rand. Analog bedeckt die Iso-

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lierfolie 7 an den Seitenabschnitten 15 und 15a von Windung 1 beide Seiten und erstreckt sich um die entsprechenden inneren Ränder der Wicklung. Diese Faltungsfolge setzt sich, wie durch die unterschiedlichen Längen und Schnitte der entsprechenden Wicklungsfolien gezeigt, auf den Seiten- und Endabschnitten der darauf folgenden Windungen 2 bis 9 der Wicklung fort. Aus der Zeichnung geht hervor, daß bei den Windungen 4, 5 und 9 die obere rechte Ecke der Folien aus Isoliermaterial im Winkel von 45° an den entsprechenden End- und Seitenabschnitten angeschnitten ist, um zu verhindern, daß die Stoßstellen der aneinanderstoßenden Folien aus Isoliermaterial bei aneinander angrenzenden Wicklungen unmittelbar übereinander zu liegen kommen. Entsprechend sind die Folien aus gefaltetem Isoliermaterial kurz vor der oberen rechten Ecke der entsprechenden Wicklungen bei den Windungen 3, 6 und 8 in der in Fig. 5 dargestellten Weise abgeschnitten. Bei dieser Anordnung der Folien aus Isoliermaterial ergibt sich, daß bei dieser bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wicklung etwa die Hälfte der Falten in den Folien aus Isoliermaterial einen inneren Seiten- oder Endabschnitt der Wicklungswindungen bedecken, während die Falten bei dem Rest der Folien aus Isoliermaterial einen äußeren Seiten- oder Endabschnitt der Wicklungswindungen bedecken. Selbstverständlich können auch alternative Anordnungen der Wicklungswindungen dazu verwendet werden, das gewünschte Ziel der Erfindung, nämlich vollständige tiberdeckung aneinander gegenüberliegender Seiten von einander angrenzenden Wicklungswindungen bei gleichzeitiger Verhinderung eines tJbereinanderliegens der Anstoßstellen zwischen aneinander anstoßenden Folien aus Isoliermaterial, zu erreichen.

Wenn beispielsweise eine Feldwicklung mit einer Anzahl verbreiteter Windungen hergestellt werden soll, um eine verbesserte Kühlbarkeit der Wicklung sicherzustellen, wie es üblich ist, so wird jede der verbreiterten Windungen gewöhn-

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lieh von Folien aus Isoliermaterial 7 bedeckt, die um die inneren (oder nicht verbreiterten) Seiten dieser Windungen gefaltet sind. Demzufolge kann eine gewisse Umordnung der Falten im Isoliermaterial bei aneinander angrenzenden Windungen, wie sie oben im Hinblick auf Fig. 5 beschrieben sind, erforderlich werden, um die gewünschte alternierende Anordnung von Falten an aneinander angrenzenden Wicklungswindungen aufrechtzuerhalten. Der Fachmann versteht, daß bei einer derartigen Wicklung mit verbreiterten Windungen die Mehrzahl der Windungen eine praktisch gleiche Breite aufweist, jedoch eine bestimmte Anzahl verbreiterter Windungen beträchtlich, d.h. um etwa 9,53 mm (3/8") breiter ist als die Mehrheit der Windungen, so daß ein äußerer Abschnitt dieser breiteren Windungen sich über die Außenseite der Wicklung erstreckt und damit als Kühlrippe wirkt.

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Claims

GENERAL ELECTRIC COMPANY, Schenectady, N.Y., VStA Patentansprüche

1.J Isolierte elektrische Wicklung (5, 6), bestehend aus einer Anzahl Windungen aus elektrisch leitfähigem Metall mit im allgemeinen flachen Seiten, die derart aufgewickelt sind, daß die entsprechenden flachen Seiten einander gegenüberliegen, und eine Anzahl Folien oder Blättern (7) aus elektrisch isolierendem Material, bestehend aus einem Blatt Aramidpapier (7), einer Beschichtung (8) aus wärmehärtbarem, harzartigem Klebematerial in festem, jedoch durch Wärmeeinwirkung klebfähig zu machendem Zustand, das praktisch gleichmäßig über mindestens eine Seite des Aramidpapierblattes (7) verteilt ist, und einem druckempfindlichen Klebematerial (9), das in einem Muster auf mindestens eine Seite des mit dem Harz beschichteten Aramidpapierblattes aufgebracht ist, wobei das Muster aus einer bestimmten Konfiguration besteht, die den Abstand zwischen jedem beliebigen Punkt auf dem Blatt, der nicht mit druckempfindlichem Klebematerial bedeckt ist, und dem nächstem Punkt in dem Muster aus druckempfindlichem Klebematerial auf einen vorherbestimmten Höchstwert begrenzt, das druckempfindliche Klebematerial eine vorherbestimmte Abschälfestigkeit besitzt, die ausreicht, um das Papier auf einer Oberfläche festzuhalten, bevor das wärmehärtbare Klebemittel daran gebunden ist, die Folien oder Blätter jeweils zwischen einander gegenüberliegenden Seiten der Windungen zur elektrischen Isolierung der Windungen voneinander angeordnet sind und das wärmehärtbare, harzartige Klebematerial auf jeder Folie aus Aramidpapier zu einer Bindung ausgehärtet wird, die eine Mindestfestigkeit von 3,4 Bar (50 psi) bei 155 ⁰C gegenüber der benachbarten Windung aufweist.

SG38U/0861

ORIGiMAL INSPECTED

2. Elektrische Wicklung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Feldwicklung (5,6) einer Dynamomaschine mit im allgemeinen geraden Seiten- und Endabschnitten bildet, wobei jede der Folien (7) aus beschichtetem Aramidpapier in genaue Längen geschnitten ist, so daß eine fortlaufende Reihe von dicht aneinanderstoßenden Folien gebildet ist, die sich praktisch über die gesamte Länge der einander gegenüberliegenden Seiten der Windungen dieser Wicklung erstrecken.

3. Elektrische Wicklung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzei c h net, daß die aneinander angrenzenden Enden von benachbarten Folien (7) aus dem Isoliermaterial derart angeordnet sind, daß ein direktes Übereinanderliegen der Stoßstellen oder Verbindungsstellen voneinander angrenzenden Enden bei benachbarten Windungen der Wicklung verhindert ist*

4. Elektrische Wicklung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster aus druckempfindlichem Klebematerial (9) über die Beschichtung (8) aus harzartigem Klebematerial auf dem Aramidpapier aufgebracht ist.

5. Elektrische Wicklung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung aus wärmehärtbarem, harzartigem Klebematerial (8) über beide Seiten des Blattes oder äer Folie aus Aramidpapier (7) verteilt ist, daß die vorherbestimmte Abschälfestigkeit mindestens 20 g und die vorherbestimmte maxi-= male Entfernung 25,4 mm (1 inch) beträgt und daß die Folien jeweils zwischen einander gegenüberliegenden Seiten der Win·= düngen derart angeordnet sind, daß sich eine fortlaufende Reihe dicht aneinanderstoßender Folien praktisch über die gesamte Länge der einander gegenüberliegenden Seiten der Windungen erstreckt, um die Windungen voneinander elektrisch zu isolieren^ wobei die Beschichtung aus wärmehärtbarem ₉ harzar«= tigern Klebematerial auf jeder Folie aus Aramidpapier unter Ausbildung einer Bindung mit der benachbarten Wicklungswindung ausgehärtet ist*

909814/0811

6. Elektrische Wicklung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster aus einer Anzahl gleichmäßig voneinander beabstandeter, praktisch identischer geometrischer Figuren (9a, 9b, 10) besteht.

7. Elektrische Wicklung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster aus einem Netz aus miteinander verbundenen Linien (9) besteht.

8. Elektrische Wicklung gemäß Anspruch 5» . dadurch gekennzeichnet, daß das Muster aus einer Anzahl voneinander beabstandeter, praktisch identischer Figuren (9a¹, 9b') besteht.

9. Elektrische Wicklung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster aus einer Anzahl breiter und schmaler Streifen (9a«, 9b¹) besteht.

10. Elektrische Wicklung gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Blatt oder jede Folie aus Isoliermaterial um eine Seite der Wicklungswindung herumgefaltet ist und praktisch die Gesamtheit der beiden im allgemeinen flachen Seiten der Wicklung, die an die gefaltete Folie angrenzen, bedeckt.

11. Elektrische Wicklung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß etwa die Hälfte der Falten in den Folien aus Isoliermaterial einen inneren Seiten- oder Endabschnitt der Wicklungswindungen und die Falten in dem Rest der Folien einen äußeren Seiten- oder Endabschnitt der Wicklungswindungen bedecken.

909814/0861

12. Elektrische Wicklung gemäß Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der Windungen in der Wicklung im wesentlichen gleich breit ist, während eine Anzahl verbreiterter Windungen beträchtlich breiter als die Hauptmenge der Windungen ist, wobei die verbreiterten Windungen innerhalb der übereinandergewickelten Windungen derart voneinander beabstandet sind, daß mindestens zwei der Hauptmenge an schmaleren Windungen zwischen benachbarten verbreiterten Windungen angeordnet sind, wobei jede der verbreiterten Windungen durch Folien aus dem Isoliermaterial bedeckt ist, die um die entsprechenden Innenseiten dieser Windungen gefaltet sind.

13. Elektrische Wicklung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Falte in jeder der Folien aus isolierendem Material einen scharfen Knick von im wesentlichen 180° bildet, ohne daß die Beschichtungen aus den Klebemitteln auf den Folien brechen.

9098U/0861