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"Perfectionnements à la méthode et à l'appareil pour la fabrica- tion d'enroulements électriques imprégnés".]
La présente invention concerne une méthode perfectionnée de fabrication d'enroulements électriques à caractéristiques électri ques améliorées, à propriétés mécaniques améliorées et ayant une valeur améliorée de dissipation de chaleur.
On a l'habitude, pour des raisons électriques et mécaniques, d'imprégner les bobines éleetriques avant ou après assemblage dans l'appareil dont elles font partie, d'un vernis qui est de préfé- rence' un vernis de cuisson dont le but est d'imprégner tout isole-. ment fibreux tel que le coton, la soie ou le papier pour exclure l'humidité et pour réunir les conducteurs contigus ensemble peur former une construction cohésive, solide et mécaniquement forte.
Les vernis utilisés autrefois étaient Habituellement consti- tués par une solution de résine naturelle ou synthétique et d'hui- les végétales ou autres ou de plasticifiants dans un solvant vo- latil ou des solvants tels que le pétrole ou des distillats de goudron. Un désavantage consiste en ce que, si complètement qu'
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une bobine peut être imprégnée, l'évaporation des solvants-vola- tils laissera dans la bobine un manque d'imprégnation de la va- leur du volume de ce solvant. Comme la quantité de solvant utilisée est normalement de l'ordre de 50% en volume de la composition ou même plus, on notera que l'imprégnation totale des enroulements électriques est presque impraticable avec des vernis contenant une quantité appréciable de solvant.
De plus de nombreux enroule- ments sont faits avec du fil métallique émaillé dont la pellicu- le d'émail peut facilement être attaquée par les solvants pré- sents dans de nombreux vernis habituels d'imprégnation avec comme conséquence le danger de mettre en court-circuit des spires de l'enroulement, ce qui conduit à un défaut électrique.
De même à cause de 1'imprégnation incomplète due à l'évapo- ration du solvant, de petites vides sont laissés dans la construc- tion de bobines et la conductibilité thermique de la construc- tion n'est pas efficace à cause de l'effet d'isolement thermique des petites poches d'aire laissées qui résultent de l'évaporation du solvant.
Ces difficultés ont été surmontées antérieurement à un degré limité par imprégnation des enroulements par immersion ou par un procédé d'imprégnation sous vide et pression avec des composés fondus, sensiblement exempts de solvants, du bitume ou de cires, mélangés à des résines et/ou des huiles et des plasticifiants.
Ces matières sont toutefois thermoplastiques et dont donc suscepti. bles de fondre et de couler de l'enroulement si quelque surchauffe avait lieu par suite de la surcharge ou d'autres causes et elles sont également susceptibles d'être entraînées dchors des pièces rotatives par l'influence combinée de la force centrifuge et de la chaleur.
Suivant la présente invention, on a prévu dans co but une mé- thode de fabrication d'enroulements électriques imprégnés qui com- prend l'imprégnation d'un enroulement électrique par une composi- tion exempte de solvant comprenant un composé résineux synthéti-
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que fusible,potentiellement thermo-durcissant et un plastifiant non volatil compatible avec le composé résineux synthétique entiè- rement soumis au curing, à une température suffisante pouranener cette composition à s'écouler mais insuffisante pour effectuer toute conversion importante de celleeei jusqu'à l'état pleinement soumis au curing,
l'entraînement de l'excès de composition hors de l'enrou- lement imprégné et le chauffage de l'enroulement imprégné à une température élevée pour convertir ce composé résineux synthétique jusqu'à un état entièrement soumis au curing; ordinairement l'im- prégnation est effectuée à une température de 55 à 60 C mais lorsqu'un écoulement adéquat peut être obtenu à des températures plus basses, de semblables températures basses peuvent être uti- lisées et avec certaines compositions, des températures de 25 C ont été utilisées avec succès.
Une caractéristique de l'invention consiste en ce que le com- posé résineux synthétique est un produit de condensation du type phénol-formaldéhyde soluble dans l'huile siccative. Une autre ca- ractéristique de l'invention-consiste en ce qu'un produit de con- densation de cardanol avec la formaldéhyde, avec ou sans autre com. posé phénolique, est employé ; lecardanol est un constituant phé- nolique du liquide de l'écorce de la noix d'acajou. Encore une au- tre caractéristique de l'invention consiste en ce que cette compo- sition sans solvant comprend également une huile siccative compa- tible avec le composé résineux synthétique.
Le composé résineux synthétique peut être un produit de con- densation du type phénolformaldéhyde qui est dérivé d'un composé phénolique dans lequel une ou deux des deux positions ortho et para du noyau phénolique est ou sont substituées par un groupe- meht hydrocarburé et/ou un atome d'halogène.
De préférence la méthode d'imprégnation de l'invention est effectuée à l'aide du vide et de la pression dans un récipient fermé, d'une manière analogue à celle habituellement utilisée dans le métier, l'emploi d'une température élevée pendant le trai.
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f tement par le vide étant avantageux en ce qu'il facilite le sécha- ge des enroulements.
Les bobines sont placées dans un récipient d'imprégnation et la température portée jusqu'à 60 C et un vide d'au moins 28" de mercure est appliqué. Ceci a pour effet d'élimiher l'air des in- terstices de la bobine et d'enlever également tout reste d'humi- dité dans la matière isolante fibreuse ou autre. Le vernis préa- lablement chauffé dans un réservoir d'emmagasinement ou dans la chemise de chauffage du récipient d'imprégnation, est alors admis dans la chambre d'imprégnation, en quantité suffisante pour recou- vrir les bobines et pour les immerger à une profondeur de 3 à 4" pour permettre l'absorption du vernis par les bobines. De l'air comprimé séché est alors admis au récipient d'imprégnation à une pression comprise entre 30 et 100 livrés par pouce carré pour ac- célérer la pénétration du vernis dans la bobine.
Après que ceci a été achevé, ce qui demande de 1/2 à 4 heures, suivant la dimenè sion et la construction des enroulements, l'excès de vernis dans le récipient d'imprégnation est alors renvoyé par soufflage vers le réservoir d'emmagasinement et les bobines sont autorisées à s'égoutter. Elles sont alors transportées vers un four de cuisson.. et chauffées pour la polymérisation du vernis.
Cet appareil est habituellement utilisé pour l'imprégnation d'enroulements avec des compositions thermoplastiques comprenant du bitume eu des substances analogues et un appareil typique com- prend un réservoir d'emmagasinement muni d'un agitateur et d'un serpentin de chauffage. Le réservoir est relié par un tuyau et une soupape de commande au réservoir d'imprégnation qui a une che- mise chauffée. Le vide et la pression sont appliquées par des soupapes et des appareils appropriés à partir de pompes rotati- ves mécaniques.
De nombreuses installations d'imprégnation habituellement uti- lisées ne sont pas équipées d'un agitateur et d'un serpentin de chauffage mais ceux-ci peuvent être adaptés de manière à permet- tre à la présente invention d'être utilisées et il est préférable
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que le tuyau et la soupape entourés d'une isolation thermique apprc priée pour empêcher le refroidissement du vernis pendant le trans- port vers le récipient d'imprégnation.
L'invention fournit également un appareil pour l'imprégnation d'enroulements électriques:comprenant un récipient d'imprégnation à pression entouré d'une chemise, un récipient d'emmagasinement isolé pour la composition d'imprégnation, une conduite pour le transfert de la composition d'imprégnation entre ces deux réci- pients, deux conduites reliant la chemise du récipient d'imprégna- tion au récipient d'emmagasinement pour former un système de cir- culation pourvu d'une pompe ou d'un dispositif analogue pour le pompage de la composition d'imprégnation à travers ce système,et des moyens de chauffage disposés dans la chemise de ce récipient d'emmagasinement.
La description suivante de deux formes d'appareil pour l'em- ploi dans l'imprégnation d'enroulements électriques suivant l'in- vention est faite avec référence aux dessins schématiques anne- xés dans lesquels:
La fig.l représente une forme typique d'appareil comprenant les récipients d'imprégnation et le réservoir d'emmagasinement et la fig.2 représente une autre forme de construction.
A la fig;l on verra que l'appareil comprend un récipient à pression 1 entouré d'une enveloppe 2 dans laquelle des serpentins de chauffage 3 de l'enveloppe sont prévus pour effectuer le chauf- fage nécessaire du contenu dans le récipient 1.
De la partie la plus inférieure du récipient 1, un tuyau 4 communique par une soupape 5 avec le réservoir d'emmagasinement 6. Le réservoir d'emmagasinement est également enfermé dans une enveloppe extérieure 7 et pourvu de serpentins de chauffage 8 de telle façon que la composition d'imprégnation dans le réservoir d'emmagasinement 6 peut être maintenue à la température désirée; pour obtenir l'uniformité des températures dans la matière dans le réservoir d'emmagasinement, une forme habituelle d'agitateur 9 est prévue.
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Près du bord supérieur du récipient 1 est prévu un tuyau 10 auquel est reliée une pompe à vide 11 au moyen d'une soupape de commande 13 et une pompe de compresseur 12 au moyen d'une soupape de commande 14.
Pendant l'emploi, les enroulements à imprégner sont placés dans le récipient 1, le couvercle 15 est fixé en position et la chemise est chauffée tandis que la pompe à vide est reliée au récipient.
La soupape 5 est alors ouverte et la composition d'imprégnation provenant du réservoir d'emmagasinement 6 passe dans le récipient 1, après quoi la soupape 5 est fermée et les soupapes de commande 13 et 14 actionnées de façon que la pression puisse être appliquée au récipient 1 au moyen de la pompe 12. Finalement la soupape 5 est ouverte et l'excès de composition d'imprégnation s'échappe du récipient 1 vers le récipient d'emmagasinement 6, ld couvercle 15 est enlevé et les enroulements en imprégnation enlevés du réci- pient pour un traitement ultérieur.
Dans la variante de construction représentée schématique,ment à la fig. 2, la chemise de chauffage est utilisée comme chambre de chauffage pour le vernis.
La construction comprend un réservoir 16 enfermé dans un ré- cipient calorifuge 17 de manière à fournir un espace annulaire 18.
L'espace annulaire 18 est relié au moyen d'un tuyau 24,calori- fugé comme on le montre en 25, à un técipient d'emmagasinement 21, le tuyau contenant une pompe à chemise 26 et une soupape de comman- de 27. Le circuit entre l'espace annulaire 18 et le récipient d'em- magasinement 21 est complété au moyen d'un tuyau 28 communiquant entre le sommet de l'espace annulaire 18 et la partie supérieure du réservoir d'emmagasinement 21.
Le point le plus inférieur du récipient 16 est relié au moyen d'un tuyau 19, calorifugé comme on l'a montré en 20, à la base du récipient dtemmagasinement 21 qui est calorifugé comme on 1'a montré en 22 ; soupape 23 est prévue pour le réglage de l'écoulement de la composition d'impré- gnation à partir du récipient d'emmagasine ment 21 vers le récipient
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d'imprégnation 16.
D'une manière analogue à celle décrite à propos de la fig.1, le réservoir 16 est relié à un tuyau 30 auquel sont connectés une pompe à vide 31 et une pompe à compresseur 32 respectivement commandées par les soupapes 33 et 34.
Le réservoir 16 est muni d'un couvercle 29 par lequel il est fermé.
Pendant le fonctionnement, les serpentins de chauffage habitu ellement disposés dans l'espace annulaire 18 entourant le réci- pient d'imprégnation 16 sont actionnés de manière à chauffer la composition d'imprégnation de l'espace annulaire, et la pompe à chemise 26 et la soupape 27 sont actionnées de manière à amener le liquide à circuler depuis le réservoir d'emmagasinement 21 par un tuyau 25 et ensuite l'espace annulaire dans lequel il est chauffé et à partir duquel il est renvoyé vers le récipient d'em- magasinement 21 par le tuyau 28. Les enroulements à imprégner sont placés à l'intérieur du récipient 16, le couvercle 29 est fixé en position et un vide est appliqué au récipient par le fonctionnement d'une pompe à vide 31 et d'une soupape de réglage
33.
Ensuite la soupape 23 est ouverte par laquelle la composi- tion d'imprégnation dans le réservoir d'emmagasinement 21 est entratnée dans le récipient d'imprégnation 16, après quoi la sou- pape 23 est fermée et les soupapes de commande 33 et 34 sont ac- tionnées de façon que la pompe de compresseur 32 fournisse la pression d'imprégnation nécessaire dans le récipient 16.Lorsque les enroulements ont été suffisamment imprégnés, la soupape 23 est ouverte et l'excès de composition d'imprégnation est soufflé du récipient d'imprégnation 16 vers le récipient d'emmagasinement
21, après quoi le couvercle 29 est enlevé et les ehroulements im- prégnés enlevés pour un traitement ultérieur.
. Une matière appropriée pour l'emploi dans le procédé de la présente invention peut être fournie par l'emploi d'une résine phénol formaldéhyde réagissant avec l'huile, en combinaison avec des huiles siccatives végétales compatibles. Ces compositions sont
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mentionnées dans les brevets antérieurs n 507.770,417.122 et 334.572; lorsque ces compositions ont été utilisées dans des buts d'imprégnation elles ont jusqu'à présent toujours été diluées par des solvants volatils de la manière habituelle.
Pour le but de l'invention, ce complexe typique résine/huile est préparé et mélangé à une matière plasticifiante non volatile, par exemple du phtalate dibutylique, du phosphate tricrésylique ou du phtalate diocylique en quantité suffisante pour assurer qu'à la température à laquelle l'imprégnation est effectuée,la compo- sition est suffisamment mobile pour imprégner la bobine. Le plas- ticifiant a également l'effet de supprimer toute fragilité du com- plexe résine/huile, en produisant après cuisson dans l'enroule- ment, une masse souple comme du cuir, dans tout l'enroulement qui est sensiblement exempt de vides.
Les exemples suivants servent à illustrer la manière suivant laquelle l'invention peut être mise en pratique.
Exemple . Un vernis d'imprégnation exempt de solvant est composé comme suit,les parties étant des parties en poids.
EMI8.1
Résine yldnol/formaldéhydecondense à l'état fusible potentionnellement réac- tionnelle) 30 parties Huile de lin soufflée 30 " Résine 15 " Naphtenate de manganèse(0% en manganèse) 2 1/2 " Phtalate dibutylique 20 "
Une bobine de champ pour un moteur électrique industriel à courant continu consistant on 1500 spires de fil émaillé(fil standard 16,c'est-à-dite de 0,064" de diamètre) a été enroulée sur un mandrin de 4" sur 3" sur le sommet d'un manchon en mica de manière à donner un enroulement ayant une section de 2 1/2" sur 2". La bobine a été alors pourvue de feuilles de mica et de joues, les bords étant recourbés au-dessus de la surface exté- rieure de la bobine.
Toute la bobine a été ensuite entourée d'un enroulement de ruban de coton égyptien. a
La bobine/été préchauffée à 80 C pendant'3 heures dans un four bien ventillé pour la sécher et a été alors transférée vers
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le récipient d'imprégnation. Le récipient d'imprégnation a-été alors fermé et une pression de vide de 29 pouces de mercure a été appliquée.
Le vide a été maintenu pendant une période de 30 minu- tes et ensuite le vernis préalablement chauffé a été amené vers le récipient d'imprégnation à partir du réservoir d'emmagasine- meht et jusqu'à ce que la bobine soit immergée ; lerobinet entre le récipient d'imprégnation et le réservoir d'emmagasinement a été ensuite fermé et une pression d'air de 45.livres par pouce carré a été appliquée pendant 1 heure, après quoi le vernis a été soufflé vers le réservoir d'emmagasinement et on y a alors laissé la bobine s'égoutter.
La bobine égouttée a été alors enlevée du réservoir d'impré- gnation, enfermée dans un four de cuisson bien ventilé et a été soumise au curing pendant 10 heures à 135 C.
Après que la bobine ayant subi le curing a été refroidie, elle a été coupée en deux au moyen d'une scie et a été examinée.
On a trouvé que l'émail du fil était convenable et ne présentait pas de signé de ramolilissement ou d'autres détériorations la bobi- ne était bien remplie et agglomérée et formait un bloc solide de fil et d'isolement, les interstices entre les spires individuelles de fils étaient remplis d'une masse souple, comme du cuir, de vernis ayant subi le curing, qui cependant, avait un léger degré d'élasticité et finalement aucune partie humide ou collante n'a pu être découverte dans l'enroulement qui apparaît comme ayant subi uniformément le curing dans toute sa masse.
Exemple 2. Une composition d'imprégnation exempte de solvant a été composée comme suit,les parties étant en poids.
Une résine d'écorce de noix d'acajou préparée par la conden- sation de crésol avec le cardanol et la formaldéhyde a été mélan- gée avec un phtalate dibutylique dans la proportion de 75 parties de résine pour 25 parties de plasticifiant. Le poids spécifique de la résine d'écorce de noix d'acajou est de 1,015 et elle a une viscosité de 2 pdses lorsqu'elle est essayée dans une solu-
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tien à 70% dans l'alcool méthylique. Le procédé d'imprégnation uti- lisant la composition est sensiblement le même que celui décrit à l'exemple 1, excepté que vu l'usage de la résine liquide de l'écor- ce de la noix d'acajou, l'imprégnation peut être faite à une tem- pérature de 25 C.
Ceci est particulièrement avantageux vu qu'on évite la nécessité d'un traitement antérieur à chaud et que cela conduit à une plus grande stabilité(c'est-à-dire une tendance moin- dre qu'une condensation ultérieure dans la composition d'imprégna- ne tion/se produise).
On notera qu'au lieu du phtalate dibutylique mentionné plus haut, le phtalate diéthylique ou le phtalate dioctylique peut être utilisé comme plasticifiant sans modification sensible des proprié- tés de la composition d'imprégnation et de plus tout plasticifiant approprié compatible peut être employé à la place des esters du phalate mentionné plus haut.
Exemple 3. Un vernis d'imprégnation sans solvant a été composé par mélange de 75 parties en poids d'un produit de condensation de la formaldéhyde, de phénol et de cardanol avec 25 parties en poids de phtalate dibutylique.
Le poids spécifique de la résine est de 1,015 et la viscosité d'une solution à 70% de celle-ci dans l'alcool méthylique est de 2 pdses.
Comme avec la composition décrite dans l'exemple 2, l'opéra- tion d'imprégnation peut être réalisée à une température beaucoup plus basse que celle décrite dans l'exemple 1 et des températures de 25 C conviennent.
Comme on l'a déjà indiqué, la matière constituée de cardanol (mentionnée aux exemples 2 et 3) est un constituant phénolyque ob- tenu à partir du liquide de l'écorce de la noix d'acajou.