Verfahren und Anordnung zur Herstellung eines gehärteten Giessharzüberzuges auf achsparallel genuteten zylindrischen Körpern Bei Rotoren und Statoren von elektrischen Maschi nen besteht die Forderung nach einer zuverlässigen und raumsparenden Nutenisolation. Die klassischen Isola tionsmethoden mit Hartpapier oder dgl. Einlagen konn ten insbesondere der zweitgenannten Forderung nicht genügen.
Ideal wäre ein gut haftender, gleichmässig dün ner, kantendeckender, poren- und luftblasenfreier Über zug aus gehärtetem Giessharz mit vorzugsweise hohem Füllstoffgehalt. Die Herstellung eines solchen Überzuges stösst jedoch auf Schwierigkeiten, welche bisher zumin dest in der Massenfabrikation nicht zufriedenstellend überwunden werden konnten.
In neuester Zeit ist das sogenannte Wirbelsinterver- fahren mit Sinterpulver auf Basis von z. B. festen Epoxyd- und Polyesterharzen bekannt geworden. Bei diesem Verfahren müssen die zu beschichtenden Gegen stände relativ hoch erwärmt werden, damit das Sinter pulver zu einem homogenen Überzug schmilzt. In der Praxis wird je nach Wärmekapazität des zu überziehen den Körpers derselbe auf 180 bis 250 C vorgewärmt. Infolge dieser hohen Temperaturen ergeben sich ver schiedene Nachteile.
Einer dieser Nachteile besteht in der erhöhten Oxydationsanfälligkeit des Metalles, wo durch die Adhäsion des Überzuges vermindert wird. Ein weiterer Nachteil besteht in den temperaturbedingten Dimensionsänderungen, so dass oft Nachbearbeitungen, insbesondere der Achsen, notwendig werden. Ausserdem können nichtmetallische Bereiche nicht oder nur unein heitlich überzogen werden, da ihre Oberflächentempera tur bzw. Wärmeleitfähigkeit stark von derjenigen der metallischen Bereiche abweicht. Ferner besteht die Ge fahr, dass gegebenenfalls schon angebrachte Lötstellen schmelzen bzw. an diesen Stellen im Überzug Ober flächenfehler entstehen.
Anderseits ist ein Verfahren zum Überziehen von zylindrischen Körpern mit glatten (ungenuteten) Ober flächen bekannt geworden, bei welchem der zu über ziehende Körper unter Rotation in eine flüssige Giess- harzmasse eingetaucht, aus diesem Bad herausgehoben und unter Fortsetzung der Rotation ausgehärtet wird. Die Anwendung dieses an sich einfachen und zweck- mässigen Verfahrens zur Herstellung von gleichmässigen dünnen Überzügen auf genuteten Körpern ist bisher vor allem daran gescheitert, dass insbesondere in den Nuten die geforderte Gleichmässigkeit der überzugsschicht nicht erreicht werden konnte.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines gehärteten Giessharzüberzuges auf achsparallel ge nuteten zylindrischen Körpern, insbesondere magne tische Eisenkörper von elektrischen Maschinen. Hierbei werden die aufgezeigten Nachteile der bekannten Ver fahren erfindungsgemäss dadurch vermieden, dass zur Herstellung des Überzuges eine flüssige Giessharzmasse verwendet wird, deren Anfangsviskosität im Bereich der Gelier- und/oder Härtungstemperatur unterhalb von 3000 cP liegt, über ein Zeitintervall von 0,5-5 Minuten zumindest angenähert konstant bleibt und dann mit einer durchschnittlichen Geschwindigkeit von zumindest 600 eP/min ansteigt,
wobei der zu überziehende Körper min destens auf die Gelier- bzw. Härtungstemperatur vorge wärmt, mit seinem Umfang so weit in ein Bad dieser flüs sigen Giessharzmasse eingetaucht und darin in Umfangs richtung gedreht wird, bis jede seiner Nuten über ihre gesamte Tiefe zumindest einmal vollständig unterhalb des Badspiegels zu liegen kommt, wonach der Körper aus dem Bad genommen und zumindest bis zum Gelie ren der anhaftenden Giessharzschicht mit wechselnder Drehrichtung weiter gedreht wird.
Beim erfindungsgemässen Verfahren sind infolge der speziellen Viskositätscharakteristik der gewählten Giess- harzmasse und der wechselnden Drehrichtung bis zur Erstarrung der Giessharzschicht ausreichend gleichmäs- sig Überzüge auch in den Nuten und an Kanten erreich bar, auch bei sehr dünnen Überzügen von etwa 0,5 mm und darunter. Im Gegensatz zum bekannten Wirbel sinterverfahren bildet sich auch auf Bereichen geringer Wärmeleitfähigkeit ein einwandfreier Überzug aus. Da durch können auch Rotoren mit aus Hartpapier oder dgl. Isoliermaterial bestehenden Endlamellen einwand frei überzogen werden.
Das Flüssigharz dringt so weit zwischen die Lamellen ein, dass dadurch einerseits eine gute Haftung des Überzuges gewährleistet ist und ander seits eine zusätzliche Verklebung des Lamellenpaketes erfolgt, wodurch seine Stabilität erhöht wird.
Die Erfindung betrifft weiter eine Anordnung zur Durchführung des neuen Verfahrens für innengenutete Körper, insbesondere Statoren von elektrischen Maschi nen. Diese Anordnung ist gekennzeichnet durch ein Zahnrad, dessen Zahnteilung mit der Nutteilung des Körpers übereinstimmt und welches in wechselnder Drehrichtung motorisch angetrieben ist, wobei der zu überziehende Körper mit seiner genuteten Innenfläche auf dieses Zahnrad aufgelegt ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeich nung beispielsweise erläutert; es zeigen: Fig. 1 eine erste Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens in Seitenansicht, Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 eine zweite Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens in Seitenansicht, Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der Fig. 3,
Fig. 5 eine Variante der in Fig. 1 gezeigten Anord nung, gleichfalls in Seitenansicht, Fig. 6 bis 10 charakteristische Diagramme der Giess- harzmassen.
Allen Anordnungen gemeinsam sind eine an einen nicht dargestellten reversiblen und drehzahlregelbaren Antrieb angeschlossene Antriebswelle 1 mit einem Ein spannfutter 3 und eine Wanne 5 mit dem Tauchbad B. In der Darstellung der Fig. 1, 3 und 5 ist die vordere Wannenwand weggelassen bzw. durchsichtig.
Gemäss den Fig. 1 und 2 ist im Einspannfutter 3 ein Rotor R mit seiner Achse A eingespannt. Während des Tauchvorganges befindet sich der Rotor so tief in der Wanne, dass bei jeder Umdrehung seine Nuten N voll ständig in das Bad eintauchen. Es ist oft erwünscht, dass insbesondere die an den Rotor anschliessenden beiden Teile der Rotorachse A mitüberzogen werden. Hierzu sind die beiden Wannenseitenwände 5a und 5b mit fluchtenden Ausnehmungen versehen, deren Ränder mit lippenartigen Dichtungen 11 ausgestattet sind (Fig. 2).
Der Badspiegel ist so eingestellt, dass die Rotorachse A in das Bad eintaucht und daher mitüberzogen wird.
Gemäss Fig. 3 ist im Einspannfutter 3 eine Welle 6 eingespannt. Mit dieser Welle fest verbunden oder ein- stückig ausgebildet ist ein Vierkant 7 mit zwei innen konischen Anschlägen 8 und 9. Auf diesen Vierkant ist ein innengenuteter Stator S aufgelegt. Der Querschnitt des Vierkantes entspricht dem Abstand der Nuten N des Stators S.
Der Vierkant greift daher bei Drehung mit seinen Kanten in aufeinanderfolgende Nuten und über trägt so seine Drehung mit der entsprechenden überset- zung auf den Stator. Ein seitliches Verrutschen des Sta- tors wird durch die beiden Anschläge 8 und 9 verhin dert. Die Eintauchtiefe ist wiederum so bemessen, dass bei jeder Umdrehung alle Nuten über ihre gesamte Tiefe in das Bad B eintauchen. Anstelle des Vierkantes kann auch ein Drei-, Fünfkant usw. oder ein Zahnrad ent sprechender Teilung eingesetzt werden.
Unterhalb des durch Vielkant oder Zahnrad gebildeten Mitnehmers ist eine Auffangrinne 10 angeordnet, über welche vom Sta- tor abtropfende Giessharzmasse direkt ins Bad zurück- fliesst.
Bei der in Fig.5 gezeigten Variante ist das Ein spannfutter 3 mittels eines Trägers exzentrisch und schräg an die Antriebswelle 1 angesetzt. Die Exzentrizi tät Ex und Schrägstellung u sind so gewählt, dass die im Einspannfutter fixierte Achse A einen horizontal liegen den Kegel mit einem Öffnungswinkel ss von 2 bis 4 be schreibt.
Die Fig. 1 bis 5 zeigen die Tauchphase des erfin- dungsgemässen Verfahrens. Zur Vorbereitung dieser Tauchphase werden die zu überziehenden Rotoren (Fig. 1, 5), Statoren (Fig. 3, 4) oder dgl. entfettet, aus Hart papier oder dgl. Isolierstoff bestehende Endlamellen E aufgepresst und entsprechend der Gelier- und/oder Här- tungstemperatur vorgewärmt.
Die Endlamellen werden vorzugsweise mit dem selben Werkzeug gestanzt wie die Blechlamellen des Rotor- bzw. Statorpaketes. Die Vor wärmtemperatur wird auf die Giessharzmasse abge stimmt und soll zumindest 100 C, vorzugsweise etwa 130-160 C, betragen, wobei für kleinere Stücke der höhere und für grössere Stücke der tiefere Wert gewählt wird. Die so vorbereiteten Werkstücke werden in der in den Fig. 1 bis 5 gezeigten Anordnung mit ihrem Umfang durch das Bad B gedreht. Die Tauchzeit kann durch Wechseln der Drehrichtung im Bad verkürzt werden, wobei der Drehwinkel in jeder Richtung zumindest dem 1,2fachen einer Vollumdrehung entsprechen soll.
Die Drehzahl in der Tauchphase wird so eingestellt, dass die Umfangsgeschwindigkeit (aussen) etwa 0,1 bis 2, vor zugsweise 0,5 m/min, beträgt.
Zum Abschluss der Tauchphase wird der Körper aus dem Bad herausgehoben oder dieses nach unten ent fernt. Hierbei wird die Drehbewegung nicht oder nur kurzzeitig unterbrochen. Rotoren werden beim Heraus heben aus dem Bad am Umfang abgestreift. Nach dem Herausheben aus dem Bad wird die Drehrichtung lau fend gewechselt.
Diese Drehrichtungswechsel werden so festgelegt, dass in derjenigen Zeitspanne, in welcher die Viskosität der am Körper anhaftenden Giessharzschicht auf etwa 12 000 cP (Ende der Fliessfähigkeit) ansteigt, zumindest drei Drehrichtungswechsel liegen, d. h. zwei volle Umdrehungen in jeder Richtung. Normalerweise wird der Drehsinn jeweils nach etwa 1 bis 2 Vollum drehungen gewechselt. Die Umfangsgeschwindigkeit soll hierbei 0,1 bis 2 m/min nicht übersteigen.
Durch diese Drehrichtungswechsel erfolgt eine gleichmässige Vertei lung der Giessharzmasse, insbesondere in den Nuten, wobei dem Körper zumindest bis zum Gelieren dauernd Wärme zugeführt wird. Bei der in Fig. 5 gezeigten Va riante tritt eine kombinierte Dreh- und Taumelbewegung auf, welche in gewissen Fällen auf die Verteilung der Giessharzmasse, insbesondere nach dem Herausheben des Körpers aus dem Bad, einen günstigen Einfluss ha ben kann. In der Regel kommt man jedoch ohne diese Taumelbewegung aus.
Die Wärmezufuhr in den zu überziehenden Körper bzw. auf seine Oberfläche vor und nach dem Tauchen kann durch Bestrahlung und/oder elektrische Induktion (Wirbelstromheizung) erfolgen. Eine besonders wir kungsvolle Wärmezuführung kann durch Beblasen mit Heissluft erreicht werden.
Die gelierte Schicht wird im Ofen fertig gehärtet. Ge gebenenfalls werden jedoch zuvor noch die Wicklung aufgebracht, diese mit einer zweiten härtbaren Giess- harzmasse imprägniert, z. B. im sogenannten Träufel- verfahren, und abschliessend beide Giessharzmassen ge meinsam ausgehärtet.
Die vorzugsweise mit Füllstoff versetzte Harz-Härte- mischung soll einen möglichst hohen Benetzungsfaktor bzw. eine möglichst geringe Oberflächenspannung und ein besonderes Viskositätsverhalten aufweisen. Wesent lich ist, dass die Viskosität bei der Gelier- bzw. Här- tungstemperatur zunächst einen Wert zwischen 10 und 3000 cP erreicht, diesen Wert mit möglichster Konstanz für mindestens 0,5-5 min beibehält und danach einen Anstieg von mindestens 600 cP/min aufweist.
Dieser Konstanzbereich und anschliessend relativ steile Anstieg sind für die gleichmässige Verteilung der Giessharzmasse durch die Wechseldrehbewegung unmittelbar nach dem Herausheben aus dem Bad wesentlich.
Im Diagramm der Fig. 6 sind die zeitlichen Viskosi- tätsverläufe von vier für das erfindungsgemässe Verfah ren besonders geeigneten Giessharzmassen I, 1I, III und IV bei einer Arbeitstemperatur von 100 C dargestellt; ihr Viskositätsverhalten bei Zimmertemperatur (22 bis 25 C) zeigt das Diagramm der Fig. 7.
Die Zusammen setzung dieser vier Giessharzmassen ist wie folgt: I. a) 100 Gewichtsteile flüssiges Epoxidharz auf der Basis von Bisphenol-A-Glycidyläther mit einem Epoxidgehalt von 5,3 bis 5,8 Äquivalent/kg und einer Viskosität von 6500 bis 7500 cP bei 25 C.
b) 1,5 Gewichtsteile rotbraune Pigmentpaste mit einem flüssigen Epoxidharz als Vehikel.
c) 85 Gewichtsteile niederviskoser, stark beschleu nigter Härter auf der Basis eines flüssigen Di- carbonsäureanhydrids.
d) 210 Gewichtsteile Quarzmehl K 8 (Körnung). 1I. a) 100 Gewichtsteile flüssiges Epoxidharz auf der Basis von Bisphenol-A-Glycidyläther, der mit einer niedermolekularen cycloaliphatischen Epoxidverbindung modifiziert wird, so dass des sen Epoxidgehalt 6,2 bis 6,4 Äquivalent/kg und die Viskosität 800 bis 1000 cP bei 25 C betra gen.
b) 1,5 Gewichtsteile rotbraune Pigmentpaste mit einem flüssigen Epoxidharz als Vehikel.
c) 100 Gewichtsteile niederviskoser, stark be schleunigter Härter auf der Basis eines flüssigen Dicarbonsäureanhydrids.
d) 270 Gewichtsteile Quarzmehl K 8 (Körnung). III. a) 100 Gewichtsteile flüssiges Epoxidharz auf der Basis von Bisphenol-A-Glycidyläther, der mit einem niedermolekularen aliphatischen Diglyci- dyläther modifiziert wird, so dass dessen Epoxid- gehalt 5,1 bis 5,5 Äquivalent/kg und die Vis kosität 1200 bis 1650 cP bei 25 C betragen.
b) 1,5 Gewichtsteile rotbraune Pigmentpaste mit einem flüssigen Epoxidharz als Vehikel.
c) 100 Gewichtsteile niederviskoser, stark be schleunigter Härter auf der Basis eines flüssigen Dicarbonsäureanhydrids.
d) 260 Gewichtsteile Quarzmehl K 8 (Körnung). IV. a) 100 Gewichtsteile flüssiges Epoxidharz auf der Basis von Bisphenol-A-Glycidyläther mit einem Epoxidgehalt von 5,1 bis 5,5 Äquivalent/kg und einer Viskosität von 1200 bis 1650 cP bei 25 C.
b) 20 Gewichtsteile dünnflüssiges Epoxidharz mit flexiblen Eigenschaften, einem Epoxidgehalt von 4,0 bis 4,3 Äquivalent/kg und einer Viskosität von 300 bis 400 cP bei 25 C.
c) 4 Gewichtsteile braune Farbpaste, hergestellt aus Siena-Erde und Polypropylenglykol 1025. d) 80 Gewichtsteile Quarzmehl QM K 8 (Körnung). e) 11,3 Gewichtsteile Härtergemisch aus einem weniger reaktiven und einem reaktiven Amin- BF-Komplex, Polypropylenglykol und Anti- foam A.
Besonders gute Ergebnisse wurden mit der unter IV angegebenen Giessharzmasse erzielt. Das Viskositätsver- halten dieser Giessharzmasse ist in den Diagrammen der Fig. 8 bis 10 noch einmal genauer dargestellt.
In Fig. 8 geben die unterbrochene Linie den Viskositätsverlauf [cP] über der Zeit [min] bei 100 C und die volle Linie denjenigen bei 80 C wieder; in Fig. 9 zeigen die unter brochene Linie den zeitlichen [h] Viskositätsverlauf [cP] bei ca. 22 C und die volle Linie bei 30 C; Fig. 10 zeigt die Viskosität [cP] in Funktion der Temperatur [ C].
In der Praxis wurden auch mit der folgenden Ge mischzusammensetzung gute Ergebnisse erzielt: V. a) 100 Gewichtsteile Epoxidharz auf der Basis von Bisphenol-A-Glycidyläther, der mit einer nieder molekularen cycloaliphatischen Epoxidverbin- dung modifiziert wird, so dass dessen Epoxid- gehalt 6,2 bis 6,4 Äquivalente/kg und die Vis kosität 800 bis 1000 cP bei 25 C betragen.
b) 3 Gewichtsteile rotbraune Pigmentpaste mit einem flüssigen Epoxidharz als Vehikel.
c) 100 Gewichtsteile niederviskoser, stark be schleunigter Härter auf der Basis eines flüssigen Dicarbonsäureanhydrids.
d) 200 Gewichtsteile Quarzmehl Sikron H 500.
e) 2 Tropfen (ca. 0,3 GT) Türkischrotöl [(amino- aktives] Netzmittel auf der Basis eines Alkyl- sulfates, d. h. sulfuriertes Rizinusöl).
f) 3 Tropfen (ca. 0,5 GT) Entschäumungsmittel. Wesentlich für die angegebenen Mischungen ist ihr Viskositätsverlauf (Fig. 6). Anstelle von Epoxidharzen können auch Polyesterharze usw. verwendet werden.