Isoliertes elektrisches.Leitergebilde und Verfahren zu dessen Herstellung. Isolierte elektrische Wicklungeii, zum Bei spiel Anker- und Statorwicklungen zur Ver wendung in elektrischen Maschinen, zum Bei spiel Motoren und Generatoren, werden gegen wärtig durch Abbiegen der einzelnen nicht isolierten Leiter in die gewünschte Form her gestellt, worauf dann jeder Leiter einzeln mit einem Isolierband umwickelt wird. Diese iso lierten Leiter werden dann in der erforder- liehen Zahl zusammengestellt und das Ganze mit dem Isolierband. umwickelt. Diese Her stellung der Wicklung ist zeitraubend, und teuer.
Um ein befriedigendes Produkt zu er halten, müssen die Arbeiter sehr aufmerksam und gewissenhaft arbeiten. Vollständig mecha nische Verfahren zum Bewickeln der vorver- formten Wicklungsleiter sind bis jetzt nicht angewendet worden.
Gegenstand vorliegender Erfindung bilden ein isoliertes elektrisehes Leitergebilde und ein Verfahren zum Herstellen dieses isolierten Leitergebildes, zum Beispiel einer Wicklung oder eines 'Wicklungsteils für elektrische Ma schinen, welches ermöglichen soll, dass bessere Anker- und Statorwicklungen zu einem billi geren Preis hergestellt werden können.
Zwei Ausführungsbeispiele des fertigen Produktes und zwei Beispiele des Herstel lungsverfahrens sind in, der Zeichnung dar gestellt, und zwar zeigt: Fig. <B>1</B> einen Ankerwicklungsteil in per spektivischer Ansicht, Fig. 2 eine Seitenansicht eines Teils des selben, Fig. <B>3</B> eine Stirnansicht desselben, Fig. 4 einen Aufriss eines ungebogenen Leiterstabes vor dem Umwickeln mit einem Isolierband.
Fig. <B>5-7</B> sind Schnitte zur Darstellung aufeinanderfolgender Schritte beim Um wickeln einer Anzahl von Leitern.
Fig. <B>8</B> zeigt die Ankerspule im Schnitt Dach der Linie<B>8-8</B> der Fig. 2 und Fig. <B>9</B> eine weitere Form der Ankerwick lung im Schnitt nach der Linie<B>8-8</B> der Fig. 2.
Bei dem durch die Fig-,--,1 bis<B>7</B> und<B>9-</B> ver anschaulichten Verfahren wird der metal lische Leiter 20 mit einem Isolierband 21 umwiekelt, dessen Breite gleich der Länge des zu isolierenden Teils des Leiters ist und welches aus einer einseitig mit. einer nach giebigen, valkanisierbaren elektrischen Isol.a- tionsschicht 22 überzogenen Glasgewebelage <B>23</B> besteht.
Letztere Lage muss in bezug auf die Leiterlängsaxe und daher auch zu der beim Aufwickeln senkrecht zur Leiterlängs- axe stehenden Kante des Bandes 21 schräg geschnitten sein, das heisst seine Schuss- und Kettfäden müssen mit dieser Axe einen Winkel von weniger als<B>900</B> einschliessen. Die Überzogene Seite der Gewebelage<B>23</B> ist zum Anliegen gegen den zu umwickelnden Leiter bestimmt.
Gemäss Fig. <B>5-7</B> wird der erste Leiter<B>220</B> über einen Winkel. von<B>1800</B> bewickelt, der ziveite Leiter parallel 'zum ersten gelegt und beide zusammen über<B>1800</B> bewickelt, und der dritte Leiter wird parallel zum ersten neben diesem ausgelegt zwecks weiteren Bewickelns.
Diese, Operation kann für- irgendeine weitere gewünschte Zahl von Leitern fortge setzt oder dahin abgeändert werden, dass auf jeäem Leiter mehr als eine Lage aufgebracht wird, bevor der nächste Leiterbewickelt wird. Daraus ergibt sich ein Gebilde, in dem der erstbewickelte Leiter auf allen Seit,-en die nachgiebige, vulkanisierbare, elektrische Iso lationsschicht 22 berührt, jeder zusätzliche Leiter aber wenigstens auf der einen Seite das Glasgewebe<B>23</B> berührt.
Eine umwickelte Ankerwicklung mit drei Leitern ist in Fig. <B>9</B> im Schnitt gezeigt, -wobei die Glasgewebelage <B>23</B> und die Isolationsschicht 22 zwecks klarer Darstellung übertrieben dick gezeichnet sind.
Das in Fig. <B>9</B> dargestellte Gebilde wird dann in einer geheizten Form passender Grösse gepresst, wodurch die Wicklung auf die der gewünschten Grösse und Form ent sprechenden Aussenmasse gebracht wird. Bei diesem Heisspressen fliesst das Material der Isolation,#,schicht 22 in die vorhandenen Leer räume und vulkanisiert diese Masse in eine mono,lithisehe Schicht. Die gerade Spulenseite wird dann in die gewünschte Form gebogen.
Zufolge des Bewickelns der Leiter nach dein Verfahren gemäss vorliegender Erfindung können die bewickelten Leiter ohne Zerstören des Zusammenhanges der Isolation abgebogen werden, ohne, die dieleldrische Festigkeit der Isolation nennenswert zu ändern.
Bei einer weiteren Form des Verfahrens werden die ungepressten, bewickelten Leiter weiter mit einem Glasgewebeband 24 be wickelt, das mit einem flexiblen Bindeharz getränkt ist. Diese Tränk-ung wird entweder vor oder nach dem Auftragen des Bandes ausgeführt. Das Band 24 wird vorzugsweise mit halber Überlappung -um die isolierten Leiter gewickelt, wodurch sich ein Verband ergibt, wie er in Fig. <B>8-</B> im Querschnitt dar- gestellt ist. In diesem Fall kann durch Heiss pressen die Isolation vulkanisiert -und das Bindeharz abgebunden werden.
Das getränkte Glasgewebeband 24 erhöht die mechanische Festigkeit und den Verschleisswiderstand der Isolierung<B>23.</B> Nach dem Heisspressen der ge raden Spulenseite kann diese in die ge wünschte Form gebogen werden.
Ein vorteilhaftes nachgiebiges, vulkani- sierbares, elektrisches Isolationsmaterial ist Siloxangummi. Die Siloxangummis sind be kannte Handelsartikel. Ihre Herstellung ist im französischen Patent Nr. <B>929522</B> und in einem Artikel von Servais in der Zeitschrift eRubber Age , Band<B>58,</B> Nr. <B>5,</B> Februar 1946, auf den Seiten<B>579-58,4</B> beschrieben-.
Es kön nen aber auch andere Isolationsmaterialien verwendet werden, zum Beispiel Naturgummi, Wunstgummi und elastische Kunststoffe mit elektrischen Isoliereigenschaften.
Die einen Untergrund fÜr die elastische Isolationssehicht. 22 bildende Glasgewebelage <B>23</B> muss in bezug auf die Längsaxe der darin eingewickelten Leiter schräggeschnitten sein. Seine Kettfäden sollten vorzugsweise einen Winkel von angenähert 450 mit dieser Längs- axe einschliessen, insbesondere wenn die be wickelten Leiter scharf abgebogen werden sollen. Wenn die Leiter nicht so scharf ab gebogen werden, genügt es, wenn der Winkel zwischen 20 und<B>700</B> liegt.
Das Glasgewebe- band soll vorzugsweise eine Dicke von <B>0,05-0,5</B> mm aufweisen.
Das aus den zwei Schichten 22 und<B>23</B> zu sammengesetzte Isolationsmaterial kann durcli Auftragen des elastischen, vulkanisierbaren, elektrischen Isolationsmaterials auf der einen Seite des Glasgewebes<B>23</B> und teilweises Härten dieses Isolationsmaterials mittels irgendeiner passenden Vorrichtung hergestellt werden. Die elektrische Isolationsmasse der Schicht 22 sollte vor ihrer Verwendung zum BewickelD der Leiter vorzugsweise in einem sehwach klebrigen, aber nicht fliessenden Zustand sein, sollte aber nicht bis zu einem solchen Punkt abgebunden sein, dass sie nicht weiter vulka nisiert werden kann.
Bei Anwendung von Wärme und Druck soll diese Isolationsmasse vorzugsweise wenigstens sch-wach fliessend sein. Die Dicke dieser Schicht 22 ist nicht aus schlaggebend uind kann besonderen Erforder nissen angepasst werden, Eine Dicke von<B>0,13</B> bis<B>0,76</B> mm hat sich als besonders zweek- dienlich erwiesen.
Nach Bewie-keln der Leiter mit dem zu sammengesetzten Isolierband ist es oftmals erwünscht, diese zusätzlich mit' einem flexi blen, mit Bindeharz getränkten Glasgewebe- band zu umwickeln, um die Festigkeit und den Verschleisswiderstand des fertigen Gegenstan des zu erhöhen. Dieses Bindeharz ist vorzugs weise ein hitzebeständiges, elektrisch isolieren des, die Feuchtigkeit abstossendes Harz. Es sollte auf einen biegsamen Zustand abgebun den werden können und bei den zu erwarten den Betriebstemperaturen nichtklebend sein.
Die Organosiloxan-Kunstliarze, zum Beispiel die Alkyl-, Aryl-, Alkaryl- und Aralkylsiloxane und Mischungen derselben, sind besonders ge eignet als Bindeharze. Solche Siloxanharze sind im Handel erhältlich. Es können natür lich auch andere Bindeharze, sowohl synthe tische wie natürliche, verwendet werden.
Bei einem Artsführungsbeispiel wurde ein Glasgewebeband von<B>0,1</B> mm Dicke einseitig mit einer Paste bestrichen, die aus<B>105</B> Ge wichtsteilen einer Dimethylpolysiloxanflüssig- keit mit -einer Viskosit-iit. von<B>15 000</B> Centisto- kes bei<B>250</B> C, <B>100</B> Gewichtsteilen T i02 und<B>5</B> Gewichtsteilen BenzoylperoxYd hergestellt wurde.
Das bestrichene Band wurde während <B>15</B> Minuten bei<B>1300 C</B> abgebunden, wodurch sieh ein sch-wach klebriges, zusammengesetztes Band mit einer nominellen Dicke von 0,38 mm ergab. Dieses Band wurde dann schräg geschnitten und zum Bewickeln von drei Kupferleiterstäben 20 in der in Fig. 4-7 dar gestellten Weise verwendet. Das entstandene Gebilde wies zwischen den Stäben eine Schicht von Isoliermaterial 21 auf und eine doppelte Lage von Isoliermaterial -Lun seine Aussen seite, wie in Fig. <B>9</B> dargestellt. Die Kupfer stäbe waren<B>2,13</B> mm dick, 14,6 mm breit und <B>76</B> cm lang.
Zufolge des Schrägschnittes des Isoliermaterials ergab sich ein Winkel der Glaskettfäden mit der Längsaxe jedes Stabes von angenähert 450. Die bewickelten Kupfer stäbe wurden dann mit halber Überlappung mit eineni Glasgewebestreifen 24 bewickelt, der eine Dicke von<B>0,13</B> mm und eine Breite von 25,4 mm besass und mit einem Organo- polysiloxanharz imprägniert worden war.
Letzteres enthielt C6H5CH3,9i0, C6H5S'01.5 und CI-I3#'3'01.5-Einheiten. Der bewickelte 'Körper wurde während<B>10</B> Minuten bei 2000<B>C</B> und unter einem Druck von annähernd<B>3,5</B> atü in einer Form gepresst. Nach seiner Weg nahme aus der Form wurde der Körper gemäss der in Fig. <B>1-3</B> dargestellten Form der Ankerspul-e abgebogen. In der Isolation wurde keine Zerstörung des Zusaminenhanges fest gestellt, nicht einmal im Bereiche der schärf sten Krümmung.
Die dielektrische Festigkeit wurde an verschiedenen Punkten der Wick lung<B>,</B> und zwar auch an Krümmungsstellen, bestimmt. Die Prüfung geschah nach den <B>vom</B> amerikanischen Materialprüfungsverband (ASTM) <B>f</B>estgelegten Verfahren<B>D -</B> 149<B>-</B> 44, unter Verwendung von Aluminiumfolienelek- troden, die die isolierte Spulensei <B>'</B> te an den Versuchspunkten unigaben. Die einzelnen Leiter wurden miteinander verbunden,
und die Präfspannung wurde zwischen den Leitern und den genannten Elektroden angelegt. Die erhaltenenWerte beliefen sich auf10-10,61-,V in. den ungebogenen Teilen der Wicklungsseite und auf 10,2-10,4<B>kV</B> an den Krümmung- stellen, wodurch erwiesen ist, dass die Isolation beim Abbiegen des Körpers intakt. geblieben war.
Die dielektrisehe Festigkeit zwischen den einzelnen Leitern wurde erhalten durch An legen der Prüfspannung zwischen dein Mittel leiter und jedem der beiden Aussenleiter. Die erhaltenen Werte bewegten sieh von 3--4 kV und gaben somit an, dass der Zusammenhang der Isolation nicht beeinträchtigt worden ist.
Insulated electrical conductor structure and process for its manufacture. Insulated electrical Wicklungeii, for example armature and stator windings for use in electrical machines, for example motors and generators, are currently made into the desired shape by bending the individual non-insulated conductors, whereupon each conductor is individually covered with an insulating tape is wrapped. These insulated conductors are then put together in the required number and the whole thing with the insulating tape. wrapped around. This position of the winding is time consuming and expensive.
In order to obtain a satisfactory product, the workers must work very carefully and conscientiously. Completely mechanical methods for winding the pre-deformed winding conductors have not yet been used.
The present invention forms an insulated electrical conductor structure and a method for producing this insulated conductor structure, for example a winding or a 'winding part for electrical machines, which is intended to enable better armature and stator windings to be produced at a cheaper price.
Two exemplary embodiments of the finished product and two examples of the manufacturing process are shown in the drawing, namely: FIG. 1 shows an armature winding part in a perspective view, FIG. 2 shows a side view of part of the same, FIG. 3 shows an end view of the same, FIG. 4 shows an elevation of an unbent conductor bar before being wrapped with an insulating tape.
Figs. 5-7 are sections showing sequential steps in wrapping a number of conductors.
Fig. 8 shows the armature coil in the section roof of the line 8-8 in Fig. 2 and Fig. 9 shows a further form of the armature winding in Section along the line <B> 8-8 </B> in FIG. 2.
In the method illustrated by Figures -, -, 1 to <B> 7 </B> and <B> 9- </B> the metallic conductor 20 is wrapped with an insulating tape 21, the width of which is equal to the length of the part of the conductor to be insulated and which is one-sided with. a resilient, vulcanizable electrical insulation layer 22 coated glass fabric layer 23.
The latter layer must be cut obliquely with respect to the longitudinal axis of the conductor and therefore also to the edge of the tape 21 which is perpendicular to the longitudinal axis of the conductor when it is being wound, that is, its warp and warp threads must make an angle of less than 900 with this axis / B> include. The covered side of the fabric layer <B> 23 </B> is intended to rest against the conductor to be wrapped.
According to Fig. 5-7, the first conductor is 220 over an angle. wound by <B> 1800 </B>, the second conductor is laid parallel to the first and both wound together over <B> 1800 </B>, and the third conductor is laid out parallel to the first next to this for the purpose of further winding.
This operation can be continued for any further desired number of conductors, or modified so that more than one layer is applied to each conductor before the next conductor is wound. This results in a structure in which the first-wound conductor touches the flexible, vulcanizable, electrical insulation layer 22 on all sides, but each additional conductor touches the glass fabric 23 at least on one side.
A wrapped armature winding with three conductors is shown in section in FIG. 9, with the glass fabric layer 23 and the insulation layer 22 being drawn exaggeratedly thick for the sake of clarity.
The structure shown in Fig. 9 is then pressed in a heated mold of the appropriate size, whereby the winding is brought to the external dimensions corresponding to the desired size and shape. During this hot pressing, the material of the insulation, #, layer 22 flows into the empty spaces and vulcanises this mass into a mono, lithic layer. The straight side of the coil is then bent into the desired shape.
As a result of the winding of the conductors according to the method according to the present invention, the wound conductors can be bent without destroying the cohesion of the insulation, without significantly changing the dielectric strength of the insulation.
In a further form of the method, the unpressed, wound conductors are further wound with a glass fabric tape 24 which is impregnated with a flexible binding resin. This impregnation is carried out either before or after the tape is applied. The tape 24 is preferably wrapped around the insulated conductor with half an overlap, resulting in a bandage as shown in cross section in FIG. 8. In this case, the insulation can be vulcanized and the binding resin set by hot pressing.
The soaked glass fabric tape 24 increases the mechanical strength and the wear resistance of the insulation <B> 23. </B> After the hot-pressing of the straight side of the spool, it can be bent into the desired shape.
An advantageous, flexible, vulcanizable, electrical insulation material is siloxane rubber. The siloxane rubbers are known commercial items. Its manufacture is in French patent no. <B> 929522 </B> and in an article by Servais in the magazine eRubber Age, volume <B> 58, </B> no. <B> 5, </B> February 1946, described on pages <B> 579-58,4 </B>.
However, other insulation materials can also be used, for example natural rubber, synthetic rubber and elastic plastics with electrical insulation properties.
The one underground for the elastic insulation layer. 22 forming glass fabric layer <B> 23 </B> must be cut diagonally with respect to the longitudinal axis of the conductor wrapped in it. Its warp threads should preferably enclose an angle of approximately 450 with this longitudinal axis, especially if the wound conductors are to be bent sharply. If the conductors are not bent so sharply, it is sufficient if the angle is between 20 and <B> 700 </B>.
The glass fabric tape should preferably have a thickness of 0.05-0.5 mm.
The insulation material composed of the two layers 22 and 23 can be achieved by applying the elastic, vulcanizable, electrical insulation material to one side of the glass fabric and partially hardening this insulation material by means of any suitable Device are produced. The electrical insulation compound of the layer 22 should preferably be in a weakly tacky but non-flowing state before it is used to wind the conductors, but should not be set to such a point that it cannot be vulcanized further.
When applying heat and pressure, this insulation compound should preferably be at least slow-flowing. The thickness of this layer 22 is not decisive and can be adapted to special requirements. A thickness of <B> 0.13 </B> to <B> 0.76 </B> mm has proven to be particularly useful .
After wrapping the conductors with the assembled insulating tape, it is often desirable to additionally wrap them with a flexible glass fabric tape impregnated with binding resin in order to increase the strength and wear resistance of the finished object. This binder resin is preferably a heat-resistant, electrically insulating, the moisture-repellent resin. It should be able to be bonded to a flexible state and be non-adhesive at the expected operating temperatures.
The organosiloxane synthetic resins, for example the alkyl, aryl, alkaryl, and aralkylsiloxanes and mixtures thereof, are particularly useful as binder resins. Such siloxane resins are commercially available. Of course, other binding resins, both synthetic and natural, can also be used.
In an exemplary embodiment, a glass fabric tape 0.1 mm thick was coated on one side with a paste composed of 105 parts by weight of a dimethylpolysiloxane liquid with a viscosity. of <B> 15,000 </B> Centistokes at <B> 250 </B> C, <B> 100 </B> parts by weight T 102 and <B> 5 </B> parts by weight benzoyl peroxide.
The coated tape was set for <B> 15 </B> minutes at <B> 1300 C </B>, resulting in a weakly tacky composite tape with a nominal thickness of 0.38 mm. This tape was then cut at an angle and used to wind three copper conductor bars 20 in the manner shown in Fig. 4-7. The resulting structure had a layer of insulating material 21 between the rods and a double layer of insulating material -Lun on its outside, as shown in FIG. 9. The copper rods were <B> 2.13 </B> mm thick, 14.6 mm wide and <B> 76 </B> cm long.
The oblique cut of the insulating material resulted in an angle of the glass warp threads with the longitudinal axis of each rod of approximately 450. The wound copper rods were then wound with a half-overlap with a glass fabric strip 24 with a thickness of 0.13 mm and had a width of 25.4 mm and had been impregnated with an organopolysiloxane resin.
The latter contained C6H5CH3,9i0, C6H5S'01.5 and CI-I3 # '3'01.5 units. The wrapped body was pressed in a mold for <B> 10 </B> minutes at 2000 <B> C </B> and under a pressure of approximately <B> 3.5 </B> atü. After it was removed from the shape, the body was bent in accordance with the shape of the armature coil shown in FIGS. 1-3. In the isolation no destruction of the connection was found, not even in the area of the sharpest curvature.
The dielectric strength was determined at various points on the winding <B>, </B>, including at points of curvature. The test was carried out according to the <B> by </B> American Material Testing Association (ASTM) <B> f </B> established method <B> D - </B> 149 <B> - </B> 44, using of aluminum foil electrodes that placed the insulated coil side <B> '</B> at the test points. The individual conductors were connected to one another,
and the pre-voltage was applied between the conductors and said electrodes. The values obtained were 10-10.61 V in. In the unbent parts of the winding side and 10.2-10.4 kV at the points of curvature, which proves that the insulation at Turning the body intact. stayed.
The dielectric strength between the individual conductors was obtained by applying the test voltage between the central conductor and each of the two outer conductors. The values obtained ranged from 3 to 4 kV and thus indicated that the connection between the insulation was not impaired.