Verwendung eines Bandagenbandes zur Bandagierung elektrischer Wicklungseinheiten |
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申请号 | EP08000343.7 | 申请日 | 2008-01-10 | 公开(公告)号 | EP1950033B1 | 公开(公告)日 | 2015-03-18 |
申请人 | August Krempel Söhne GmbH & Co. KG; | 发明人 | Parnell, Anthony; Zaiser, Tobias; | ||||
摘要 | |||||||
权利要求 | |||||||
说明书全文 | Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung eines Bandagenbandes mit einem Fasergewebe aus Kettfaden-Fasern und Schussfaden-Fasern mit gegenüber den Kettfaden-Fasern geringerem Faserquerschnitt und/oder gegenüber dem Kettfadenabstand größerem Schussfadenabstand und einem aushärtbaren Harzmaterial zur Bandagierung elektrischer Wicklungseinheiten. Speziell werden solche und ähnliche Bandagenbänder z.B. zur Bandagierung von bewegten elektrischen Wicklungseinheiten, wie Rotoren elektrischer Maschinen, um die Fliehkraft von Wicklungsteilen, Kommutatoren oder anderer nicht fixierter Baugruppen aufzunehmen, aber auch zur Bandagierung stehender elektrischer Wicklungseinheiten z.B. von Transformatoren eingesetzt. Übliche, für diesen Zweck benutzte Bandagenbänder bestehen bevorzugt aus parallel gezwirnten Glasfäden, die mit einem noch reaktiven Kunstharzmaterial im B-Zustand als Matrix imprägniert sind. Das Kunstharzmaterial hält die parallelen Glasfäden zusammen. Derartige Bandagenbänder werden z.B. von der Firma Isovolta österreichische Isolierwerkstoffe AG unter der Bezeichnung Isoglas vom Polyester-Glas-Typ und von der Firma Isola S.p.A., Ghisalba, Italien unter der Bezeichnung Polyglas unter Verwendung eines Polyesterimidharzes vertrieben. Ein Bandagenband dieser Art zur Bandagierung elektrischer Wicklungseinheiten ist beispielsweise auch in der Patentschrift Bei der Verarbeitung wird das Bandagenband unter definierten Zugspannungen auf den zu bandagierenden Körper typischerweise in mehreren Lagen abhängig von der angestrebten Zugfestigkeit gewickelt. Bei einem anschließenden Härteprozess mit definiertem Zeit/Temperatur-Verlauf wird das Harzmaterial aufgeschmolzen und dann ausgehärtet. Es zeigt sich, dass besonders bei dicken Bandagen mit einer Dicke von z.B. bis 20mm bei Verwendung des genannten Typs von Bandagenbändern mit längsparallel orientierten Glasfasern Spannungsrisse in Umfangsrichtung des bandagierten Körpers auftreten können, die in ungünstigen Fällen durch die gesamte Bandagendicke durchgehen können. In der Patentschrift In der Offenlegungsschrift Bei einem in der Offenlegungsschrift Die Offenlegungsschrift Ein ähnliches Fasergewebe ist in der Patentschrift Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Bandagenbandverwendung der eingangs genannten Art zugrunde, durch die auch bei dickeren Bandagen elektrischer Wicklungseinheiten die gewünschte Festigkeit erhalten und die Gefahr von Rissbildungen minimiert wird. Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Verwendung eines Bandagenbandes mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 2. Bei dem hierbei verwendeten Bandagenband ist das Fasergewebe aus Kettfaden-Fasern und Schussfaden-Fasern mit gegenüber den Kettfaden-Fasern geringerem Faserquerschnitt und/oder gegenüber dem Kettfadenabstand größerem Schussfadenabstand aufgebaut. Des Weiteren ist gemäß einem ersten Erfindungsaspekt eine durchgehende geschlossene Schussfaden-Webart vorgesehen, d.h. je zwei in Kettfadenrichtung benachbarte Schussfäden hängen über einen Schussfaden-Verbindungsabschnitt an einer der beiden Längsseiten des Bandagenbandes miteinander zusammen. Diese geschlossene Schussfaden-Webart sichert vor einem Auseinandergehen der in Querrichtung nebeneinanderliegenden Kettfaden-Fasern, wodurch die Querfestigkeit des Bandagenbandes im Vergleich zu Bandagenbändern mit offen endenden Schussfäden deutlich gesteigert werden kann. Dabei sind die Kettfaden-Fasern und/oder die Schussfaden-Fasern von Glasfasern, Aramidfasern, Kohlenstofffasern, Polyesterfasern und/oder anorganischen Fasern gebildet. In einem zusätzlich oder alternativ zu diesem ersten vorgesehenen zweiten Aspekt der Erfindung sind benachbarte Schussfaden-Fasern nicht parallel, sondern schräg zueinander und/oder zu den Kettfaden-Fasern angeordnet, d.h. wenigstens einer von je zwei benachbarten Schussfäden verläuft nicht orthogonal, sondern unter einem Schrägwinkel größer 0° und kleiner 90° relativ zur Kettfadenrichtung, d.h. zur Längsrichtung des Bandagenbandes. Es zeigt sich, dass diese schräge Schussfaden-Webart ebenfalls zu einem Bandagenband hoher Reißfestigkeit führt. In Kombination mit dem ersten Erfindungsaspekt ist zudem eine Minimierung der Länge der seitlichen Schussfaden-Verbindungsabschnitte möglich, ohne merklichen Verlust an erhöhter Querfestigkeit des Bandagenbandes. Es versteht sich, dass bei dieser schrägen Schussfaden-Webart, bei welcher der Abstand je zweier benachbarter Schussfäden in Querrichtung nicht konstant ist, ein mittlerer Wert des in Querrichtung nicht konstanten Schussfadenabstands zu verwenden ist, der vorzugsweise deutlich größer als der Kettfadenabstand ist. Es zeigt sich, dass sich mit diesem Bandagenband nicht-metallische Bandagierungen realisieren lassen, die mittels der Kettfaden-Fasern auch hohen Zugbelastungen in Längsrichtung z.B. aufgrund von Zentrifugalkräften rotierender bandagierter Körper standhalten und dank eines gewissen Schuss- bzw. Querfadenanteils durch die Schussfaden-Fasern eine gute Querfestigkeit haben, welche die Bildung von Spannungsrissen wirksam unterbindet. Zwar ließe sich eine vor Spannungsrissen sichernde erhöhte Querfestigkeit des Bandagenbandes auch durch Verwendung eines herkömmlichen reinen Glasgewebebandes in Leinwandbindung mit in Kett- und Schussrichtung praktisch gleichem Glasfaseranteil erzielen, demgegenüber hat die Erfindung jedoch den Vorteil, dass sich bei gegebener benötigter Querfestigkeit ein deutlich höherer Kettfaden-Faseranteil und damit eine entsprechend höhere Zugfestigkeit erreichbar ist, indem die Schussfaden-Fasern im Fasergewebe mit gegenüber den Kettfaden-Fasern geringerem Faserquerschnitt und/oder größerem Abstand vorgesehen sind. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Stärke der Schussfaden-Fasern größenordnungsmäßig etwa halb so groß gewählt wie diejenige der Kettfaden-Fasern, z.B. dadurch, dass der Schussfadenquerschnitt zwischen etwa 40% und etwa 60% des Kettfadenquerschnitts liegt. In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Schussfadenabstand im Bereich zwischen etwa 2mm und etwa 8mm gewählt. Dies ist in vielen Fällen mehr als der doppelte Kettfadenabstand. In einer Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Dicke der Fasern und damit die Bandagenbanddicke etwa 0,05mm bis etwa 0,8mm, wobei ein bevorzugter Dickenbereich zwischen etwa 0,15mm und etwa 0,30mm liegt. In einer weiteren dimensionierungsbezogenen Ausgestaltung der Erfindung weist das Bandagenband gemäß Anspruch 5 eine Breite von etwa 4mm bis etwa 300mm auf, wobei ein bevorzugter Bereich zwischen etwa 10mm und etwa 40mm ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung hinsichtlich Harzmaterialtyp sind im Anspruch 8 angegeben. In einer Ausgestaltung der Variante mit schräger Schussfaden-Webart beträgt der Schussfaden-Schrägwinkel etwa 5° bis etwa 45°. Es zeigt sich, dass dies je nach Anwendungsfall zu besonders vorteilhaften Bandagenbandeigenschaften insbesondere hinsichtlich mechanischer Stabilität und Rissfestigkeit und damit zu einer entsprechend hohen mechanischen Stabilität von mit solchen Bandagierbändern gefertigten Bandagen führt. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Es zeigen:
Das in Als Material für die Kettfäden 2a und die Schussfäden 2b sind beispielsweise Glasfasern, Aramidfasern, Kohlenstofffasern, Polyesterfasern und/oder anorganische Fasern herkömmlicher Typen verwendbar, wobei je nach Bedarf für die Schussfäden ein anderer Fasertyp als für die Kettfäden verwendbar ist und in entsprechenden Ausführungsformen auch gemischt unterschiedliche Fasertypen für die Kettfäden und/oder unterschiedliche Fasertypen für die Schussfäden zum Einsatz kommen können. Für die aushärtbare Harzmatrix 3 sind z.B. Polyesterharze, Epoxydharze, Polyesterimidharze, Phenolharze, Acrylharze, Zyanat-Ester-Harze und/oder Polyamidharze verwendbar. Die Schussfäden 2b sind mit gegenüber den Kettfäden 2a geringerer Stärke und/oder größerem Abstand angeordnet. So ist im gezeigten Beispiel der Schussfadenabstand S um ein Mehrfaches größer als der Kettfadenabstand k. Dabei ist mit Schussfadenabstand bzw. Kettfadenabstand vorliegend jeweils das Rastermaß gemeint, d.h. der Abstand von Mitte Schussfaden zu Mitte Schussfaden bzw. von Mitte Kettfaden zu Mitte Kettfaden, was dem lichten Abstand von Faden zu Faden zuzüglich der Fadenbreite entspricht. Außerdem ist der Schussfadenquerschnitt deutlich geringer als der Kettfadenquerschnitt. In typischen Realisierungen beträgt der Schussfadenabstand S etwa 2mm bis etwa 8mm, während der Kettfadenabstand k z.B. höchstens etwa 3,5mm und häufig weniger als 1 mm beträgt, in einem konkreten Anwendungsfall z.B. mit einer Kettfadendichte von ca. zwölf Fäden/cm. Der Schussfadenquerschnitt liegt in vorteilhaften Ausführungsformen zwischen etwa 40% und etwa 60% des Kettfadenquerschnitts, d.h. die Schussfadenstärke wird in diesen Fällen in der Größenordnung der halben Kettfadenstärke gewählt. Die Dicke der Kettfaden- und Schussfaden-Fasern 2a, 2b und damit des Bandagenbandes insgesamt liegt typischerweise zwischen etwa 0,05mm und etwa 0,8mm, in vielen Anwendungsfällen zwischen etwa 0,15mm und etwa 0,30mm. Die Breite des Bandagenbandes, d.h. seine Ausdehnung in der Querrichtung senkrecht zu den längs verlaufenden Kettfäden 2a, beträgt typischerweise etwa 4mm bis etwa 300mm, in vielen Anwendungsfällen zwischen etwa 10mm und etwa 40mm. Wie aus Diese geschlossene Schussfaden-Webart hat deutliche Vorteile insbesondere hinsichtlich der erzielbaren Querfestigkeit des Bandagenbandes im Vergleich zu offenen Schussfaden-Webarten üblicher Bandagenbänder, bei denen die Schussfäden an den Bandagenband-Längsseiten offen enden. Denn durch die seitlichen Schussfaden-Verbindungsabschnitte 2b1 unterstützt das Schussfadengarn ein Zusammenhalten der Kettfaden-Fasern 2a in der Bandagenband-Querrichtung. Diese höhere Bandagenband-Querfestigkeit aufgrund der geschlossenen Schussfaden-Webart im Vergleich zu der offenen Schussfaden-Webart, wie sie beispielsweise bei Bandagenbändern vorliegt, die aus breiterem Gewebematerial geschnitten sind, ermöglicht ihrerseits eine erhöhte mechanische Stabilität der damit gefertigten Bandagen. Die mit den eigentlichen, in Querrichtung verlaufenden Schussfäden 2b einstückig verbundenen, seitlichen Schussfaden-Verbindungsabschnitte 2b1 beugen effektiv einem Auseinandergehen des Kettfadenverbundes in der Schussfadenrichtung vor. Die Das in Als günstig haben sich Schrägwinkel α der einzelnen Schussfaden-Fasern 2b bezogen auf die zur Kettfadenrichtung senkrechte Bandagenband-Querrichtung im Bereich zwischen etwa 5° und etwa 45° herausgestellt, vorzugsweise zwischen etwa 15° und etwa 25° und speziell im Bereich um etwa 20°. Da der Abstand je zweier benachbarter Schussfaden-Fasern 2b in der Bandagenband-Querrichtung nicht konstant ist, sondern zwischen praktisch null und dem Abstand zweier benachbarter Schussfaden-Verbindungsabschnitte 2b1 linear ansteigt, ist als Schussfadenabstand in diesem Ausführungsbeispiel ein mittlerer Wert heranzuziehen, beispielsweise der Abstand benachbarter Schussfaden-Fasern 2b in der Längsmitte des Bandagenbandes. Es versteht sich, dass in einer Variante des Ausführungsbeispiels von Wie die gezeigten und oben erläuterten Ausführungsbeispiele deutlich machen, eignet sich das erfindungsgemäße Bandagenband vorzüglich zur nicht-metallischen Bandagierung bewegter und unbewegter elektrischer Teile und insbesondere von Wicklungseinheiten von Transformatoren, Generatoren und Motoren. Dazu wird das Bandagenband in üblicher Weise einlagig oder vorzugsweise mehrlagig auf den zu bandagierenden Körper gewickelt, wonach ein Härtungsprozess ausgeführt wird, bei dem das Harzmaterial 3 mit einem definiert vorgebbaren Zeit/Temperatur-Verlauf aus dem B-Zustand heraus aufgeschmolzen und dann ausgehärtet wird, vorzugsweise in einen duroplastischen Zustand. Es zeigt sich, dass durch Verwendung des erfindungsgemäßen Bandagierbandes die Bandagierung einerseits aufgrund des relativ hohen Anteils an Kettfaden-Fasern 2a auch hohen Zugbelastungen in geforderter Weise standhält, wie sie z.B. bei rotierenden Motorwicklungen aufgrund von Zentrifugalkräften auftreten. Andererseits ergibt sich durch den vorhandenen Anteil an Schussfaden-Fasern 2b eine entsprechende Querstabilisierung der Bandage, die insbesondere durch die erwähnte geschlossene Schussfadenwebart im Vergleich zu aus Breitbahnen geschnittenen Bandagen deutlich gesteigert sein kann, so dass die Bandage zuverlässig gegen eine Bildung von sich vor allem entlang der Bandagenumfangsrichtung erstreckenden Spannungsrissen geschützt ist, wie sie bei herkömmlichen Bandagen mit Bandagierbändern ohne Quer-/Schussfäden bzw. endseitig offenen Schussfäden auftreten können. Da beim erfindungsgemäßen Bandagierband der Schussfadenanteil geringer als der Kettfadenanteil gehalten wird, indem der Schussfadenabstand größer als der Kettfadenabstand und/oder der Schussfadenquerschnitt kleiner als der Kettfadenquerschnitt gewählt wird, reicht dieser als Schutz vor Rissbildung aus, ohne überdimensioniert zu sein, wozu auch die geschlossene Schussfadenwebart beiträgt, und erlaubt durch den entsprechend höheren Kettfadenanteil die Erzielung einer hohen Längs-/Zugspannungsfestigkeit, wie sie insbesondere für Bandagen auf schnell rotierenden elektrischen Wicklungen benötigt wird. |