Das Imprägnieren von Wicklungen (Auszug aus dem SEMA – Ausbildungshandbuch)
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Anforderungen an die Imprägnierung
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In erster Linie ist es die Wicklungsisolation, die infolge der Alterung, die Lebensdauer der Wicklung begrenzt.
Um die Lebensdauer der Wicklungen zu erhöhen, wurden in den letzten Jahren wesentliche Verbesserungen der Eigenschaften von Isoliermaterialien, Imprägnierlacken und Tränkharzen erzielt.
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Die imprägnierten Isolationen von Wicklungen müssen die folgenden Anforderungen erfüllen:
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- Die Verfestigung und Verbackung der einzelnen Bestandteile der Wicklung, insbesondere der Wicklungsdrähte mit den Isolationen. Dadurch kann die Wicklung den, im Betrieb entstehenden, mechanischen Kräften widerstehen.
- Schutz der Wicklungsisolationen gegen das Eindringen von Feuchtigkeit, von Staub, von korrosiven und von chemischen Stoffen.
- Die Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit, damit die Erwärmung der Leiter, ohne zu grosse Temperaturdifferenz, an das Blechpaket abgegeben wird. |
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Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, kommen Imprägnierlacke und Tränkharze mit verschiedenen Verarbeitungsverfahren zur Anwendung. Sie werden für die, den Wärmeklassen zugeordneten Grenztemperaturen geliefert: F = 155°C, H = 180°C. |
Die Imprägnierlacke und ihre Verarbeitungsverfahren
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Das meistverwendete Imprägniermittel ist der Imprägnierlack. Er wird zum Imprägnieren von Ständerwicklungen, Läuferwicklungen, von Wicklungen für Kleintransformatoren, von Drosselspulen und Elektromagneten eingesetzt.
Imprägnierlacke enthalten Lösungsmittel. Durch deren Verdunstung werden die Lacke nach einiger Zeit dickflüssiger und müssen durch Beifügen von Lösungsmittel wieder auf die vorgeschriebene Viskosität verdünnt werden.
Als Verarbeitungsverfahren werden das Tauchverfahren, das Uebergiessverfahren und das Vakuumverfahren angewendet.
Beim Tauch- und beim Uebergiessverfahren ist eine vollständige Ausfüllung der Hohlräume in den Wicklungsköpfen nicht möglich. Bei Wicklungen die extremen Bedingungen standhalten müssen, zum Beispiel in sehr feuchten Räumen eingesetzt werden, hilft ein zwei- bis dreimaliges Imprägnieren. Noch besser ist es, hier das Vakuumverfahren einzusetzen, das bei Hochspannungswicklungen, bei Bahnmotoren und bei langen Blechpaketen und schmalen Nuten angewendet werden muss. |
Das Tauchverfahren
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| Beim Tauchverfahren werden die zu tränkenden Wicklungen in den Imprägnierlack eingetaucht. Für dieses Verfahren stehen zwei verschiedene Systeme zur Verfügung. |
System A |
| ie Objekte mit den zu imprägnierenden Wicklungen werden in den Imprägnierbehälter gelegt. In diesen Behälter wird soviel Imprägnierlack eingefüllt, bis alle Objekte überdeckt sind. Am Schluss des Tränkvorganges wird der Imprägnierlack vom Imprägnierbehälter wieder in den Lacktank zurück gefördert. |
System B |
Die Objekte mit den zu imprägnierenden Wicklungen werden in einen korbähnlichen, gelochten Behälter oder in einen rechteckigen, mit einem Rahmen versehenen Behälter gelegt. Der beladene Korb oder Behälter wird mit einem Elektrozug angehoben und zum Imprägnierlack - Behälter gebracht, wo er soweit in den Imprägnierlack abgesenkt wird, bis alle Objekte mit Lack überdeckt sind. Am Schluss des Tränkvorganges wird der Behälter mit den imprägnierten Objekten wieder hoch- und weggezogen. Nachteil: Der Korb oder Behälter und die Strecke zwischen dem Belade- und Entladeort müssen periodisch von Lackresten befreit und gereinigt werden.
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Das Uebergiessverfahren
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Dieses Tränkverfahren wird vorwiegend in kleineren Reparaturbetrieben eingesetzt, die einen geringen Lackverbrauch haben. Die zu imprägnierenden Objekte werden so auf einen Rost gestellt, dass sich die Nuten in senkrechter Lage befinden. Der Tränklack wird mit einem Schlauch, durch eine an dessen Ende sich befindenden Düse, auf den oberen Kopf der zu tränkenden Wicklung geleitet. Damit die Wicklungshohlräume möglichst gut mit Lack gefüllt werden, ist der Tränkvorgang zu wiederholen.
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Achtung: Beim Tauch- und beim Uebergiessverfahren muss, nach Beendigung der Arbeiten, der Imprägnierlackbehälter mit einem Deckel oder auf eine andere Art geschlossen werden, um eine zu starke Verdunstung des Lösungsmittels zu verhindern. Auf diese Weise wird auch die ungesunde Geruchsbelästigung vermindert.
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Der Arbeitsablauf für das Tränken im Tauchverfahren und im Uebergiessverfahren
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Die in der Wicklerei geprüfte Wicklung befindet sich in der Regel in einem Ständer- oder in einem Läuferblechpaket. Das Ständerblechpaket ist oft von einem Ständergehäuse umgeben, das bearbeitete Flächen wie Anpässe für die Lagerschilder, Fuss- und Klemmenkastenflächen und Gewindelöcher aufweist. Das Läuferpaket sitzt auf einer Welle mit Kugellagersitzen, Lüftersitz und bearbeiteten Wellenenden.
Beim Tauchen oder Uebergiessen gelangt der Lack auf oder in die bearbeiteten Flächen oder Gewinde. Er muss deshalb, vor dem Antrocknen, von den kritischen Stellen entfernt werden. Härtet nicht entfernter Lack aus, muss die Lackschicht, mit erheblichem Zeitaufwand, nachträglich entfernt werden. So sind zum Beispiel Gewindelöcher mit einem Gewindebohrer nach zu schneiden.
Viel weniger Zeit braucht es, wenn vorab mit einem Pinsel ein hitzebeständiges Fett, das vom Lösungsmittel nicht aufgelöst wird, auf die bearbeiteten Flächen aufgetragen wird. Bezüglich der Verträglichkeit des Fettes mit dem Lösungsmittel und dem Imprägnierlack, sind Versuche durchzuführen oder es ist der Lacklieferant als Berater beizuziehen.
Nach dem Abdecken der bearbeiteten Flächen ist die Wicklung im Ofen bei etwa 60°C zu trocknen. Sie ist dann auf 35 – 40°C abkühlen zu lassen, in den Lack zu tauchen oder mit Lack zu übergiessen. Bei einer zu hohen Temperatur beim Lackieren verdunstet zuviel Lösungsmittel und der Lack wird schnell dickflüssig.
Wenn keine Luftblasen mehr aufsteigen, ist der Lackiervorgang zu beenden. Die mit Lack gesättigten Wicklungen sind oberhalb des Tränklackbehälters in die Abtropfposition zu bringen. Wenn kein Lack mehr abtropft, sind die Partien, auf denen kein Lackauftrag eintrocknen soll, mit Pinsel und Lösungsmittel zu reinigen. Es sind dies der Aussen- und der Innendurchmesser der Ständerpakete und der Aussendurchmesser der Läuferpakete. Wurden die bearbeiteten Flächen ohne Fettschutz lackiert, sind auch dort die Lackreste zu entfernen.
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Das Einstellen der Lackviskosität
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Durch die Verdunstung der Lösungsmittel dickt der Lack ein und sein Eindringvermögen nimmt ab. Aus diesem Grunde muss die Lackviskosität regelmässig überprüft werden. Das geschieht mit Hilfe eines Auslaufbechers. Dieser wird mit Lack gefüllt. Durch eine kleine Öffnung im Becherboden entleert sich der Inhalt langsam. Die Auslaufzeit wird gemessen und mit der Vorgabezeit des Lacklieferanten verglichen. Bei zu dickflüssigem Lack wird die Vorgabezeit überschritten. Unter ständigem Umrühren, wird dem Lack soviel Lösungsmittel beigemischt, bis die vorgeschriebene Zeit, mit einer Toleranz von ± 10%, erreicht wird.
Auf dem Markt befinden sich einige, oft firmenspezifische Messbecher, deren Vorgabezeiten sehr unterschiedlich sind. Es sollte der genormte Messbecher DIN 4 verwendet werden. Sein Inhalt beträgt 100 ml; der Durchmesser des Austrittlochs misst 4 mm. Je nach Lackart liegen die vorgeschriebenen Auslaufzeiten bei diesem Becher zwischen 50 und 100 Sekunden.
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| Auslaufbecher DIN 4 zum Messen der Lackviskosität |
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Die Durchführung der Viskositätsmessungen |
| Der Lack im Vorratsbehälter muss vorab gut umgerührt werden, damit im Behälter eine gleichmässige Viskosität vorliegt. Dann ist die, für drei Proben benötigte Menge zu entnehmen. Mit der Prüfung im Auslaufbecher ist so lange zu warten, bis die Probe keine Luftblasen mehr enthält. Die Auslaufzeit ist dreimal zu bestimmen, jedes Mal mit einer neuen Probe aus dem Probevorratsbehälter. Die Temperatur des Lacks, wie auch des Auslaufbechers, muss während dem Messvorgang 20°C ±0,5 betragen. |
Schematische Darstellung einer kleinen Vakuum-Tränkanlage |
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a = Schlauch zur Entlüftung
b = Luftventil c = Schauglas d = Stellschraube e = Schalter
f = Stellrad für Tauchrost g = Vakuumpumpe |
Der Arbeitsablauf für das Tränken im Vakuum |
| Zu Beginn der Arbeiten ist das Luftventil zu öffnen und der Deckel ist anzuheben. Die bearbeiteten Partien der Ständergehäuse oder der Läuferwelle abdecken und mit der auf 35–40°C abgekühlten Wicklungen auf den Rost legen und den Deckel schliessen. Die entstehenden Dämpfe werden über das Luftventil abgesogen. Das Luftventil ist zu schliessen, die Vakuumpumpe ist einzuschalten und der Gefässinhalt wird auf den vorgeschriebenen Wert, meistens 200 mbar evakuiert. Den Rost mit den zu tränkenden Wicklungen, durch Drehen am Stellrad, langsam in den Tränklack eintauchen. Der Vorgang kann durch das beleuchtete Schauglas beobachtet werden. Wenn keine Luftblasen mehr aufsteigen, ist der Imprägniervorgang beendet. Das Ventil ist wieder langsam zu öffnen und die entstehenden Dämpfe werden abgesaugt. Der Deckel ist anzuheben und der Rost mit den Wicklungen ist mit dem Stellrad bis zum Rand des Gehäuses zu bringen. Die getränkten Teile abtropfen lassen. Wenn nötig gewisse Partien, wie zum Beispiel den Aussendurchmesser der Blechpakete und die Statorbohrung mit einem Pinsel und Lösungsmittel von Lackresten befreien. Die Komponenten mit den getränkten Wicklungen vom Rost entfernen und in den Trocknungsofen eingeben. Den Deckel der Vakuumtränkanlage schliessen. |
Der Arbeitsablauf für das Trocknen im Trockenofen |
Die mit Lack imprägnierten Objekte werden im Trockenofen untergebracht. Die Läufer mit Wicklung werden mit senkrecht stehender Welle angeordnet, damit durch unsymetrisch vorhandenen, ausgetrockneten Lack, keine zusätzliche Unwucht entsteht. Die einzustellende Ofentemperatur beträgt je nach verwendetem Imprägnierlack 150 bis 170°C. Meistens werden 150°C. eingestellt. Damit die Lösungsmittel zu Beginn der Trocknung entweichen können, soll dem Ofen während der ersten Phase Frischluft zugeführt werden. Die Ventilation wird deshalb für zirka 1,5 Stunden auf Frischluftzufuhr geschaltet. Anschliessend wird diese, um Heizenergie zu sparen, durch die Schaltuhr auf interne Luftumwälzung umgestellt. Die Dauer der Trocknung mit Luftumwälzung ist dem Datenblatt des Imprägnierlackes zu entnehmen. Sie beträgt etwa 4 bis 8 Stunden.
Die Trocknung erfolgt vorzugsweise über Nacht. Mittels Schaltuhr und Thermostat werden die Zeiten und Temperaturen vorgewählt. Oft ist eine zusätzliche Sicherheitseinrichtung vorhanden, die bei einer Störung die Temperatur nicht auf unzulässig hohe Werte ansteigen lässt. Gut bewährt haben sich die mechanischen Schalter mit der sich im Innenraum des Ofens befindlichen Esti-Glaskugel. Sie ist mit Gas gefüllt und zerbricht bei einer Temperaturüberschreitung. Dadurch wird ein ausserhalb des Ofens montierter Schalter betätigt, der diesen sofort ausschaltet. Nach der Reparatur des nicht funktionierenden Thermostaten, muss eine neue Esti- Glaskugel eingelegt werden.
Die Tränkmittel, Farben und Lösungsmittel müssen an einem kühlen, gut belüfteten Ort aufbewahrt werden. Diesbezügliche Abfälle sind, zum Schutze der Umwelt, als Sonderabfall zu behandeln und an offizielle Entsorgungsbetriebe abzugegeben.
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| Der Arbeitsablauf beim Träufelverfahren |
Die Basis der üblichen Träufelharze besteht aus ungesättigtem Polyesterimidharz. Es ist wichtig, dass die vom Harzlieferanten gemachten Verarbeitungsangaben eingehalten werden. Die im Folgenden gemachten Betrachtungen beziehen sich auf einen Einkomponenten - Tränk- und Träufelharz. Er ist gebrauchsfertig und braucht nicht gemischt zu werden. Er ist für die Wärmeklasse H, mit einem Temperaturindex von 180°C, ausgelegt. Mit Elektrowärme wird die Wicklung auf etwa 110°C. vorgewärmt. Dazu wird sie an eine regelbare Spannung angeschlossen und mit einer Stromdichte von 15–25 A/mm2 belastet.
Die Temperatur wird mit einem Temperaturmessgerät überwacht. Sie kann auch durch die Messung der Widerstandsveränderung ermittelt werden. Nach dem Entfernen des Temperaturfühlers und dem Abschalten des Stromes wird geträufelt. Das Harz nimmt sofort die Temperatur der Wicklung an. Es wird dünnflüssig und verteilt sich durch die rotierende Bewegung gleichmässig und ohne Abtropfverluste über die ganze Wicklung. Die Gelierzeit beträgt 2.5 - 4 Minuten. Die Härtungszeit bei 130° C beträgt 15 - 30 Minuten. |
Das Träufeln von Ständerwicklungen |
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| Zum Träufeln wird das Ständerblechpaket, je nach Paketlänge und Drahtdurchmesser, um 5° bis 20° schräggestellt. Die Träufelzeit liegt zwischen 3 und 12 Minuten. Anschliessend wird das Ständerblechpaket in die Waagrechte gebracht. Um Abtropfverluste zu vermeiden und eine gleichmässige Harzverteilung in den Wicklungsköpfen zu erreichen, erfolgt die Gelierung und Härtung des Harzes ebenfalls am rotierenden Imprägniergut. Heute werden Ständerwicklungen bis zur Baugrösse 355 geträufelt. |
Das Träufeln von Läuferwicklungen |
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Bei den Läuferwicklungen befindet sich der Läufer während des ganzen Arbeitsablaufes in waagrechter Lage. Hier fliesst das Harz aus zwei Düsen gleichzeitig auf die beiden rotierenden Wicklungsköpfe. Durch die Kapillarwirkung verteilt es sich auch im Inneren der Nuten.
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| Die Verwendung von Backlackdrähten |
| Wegen dem geringen Zeitaufwand, der kurzen Aufheizzeit und dem entsprechend kleinen Energieverbrauch, wird das Backlackverfahren in zunehmendem Masse für Ständerwicklungen, Polspulen und Trockentransformatoren eingesetzt. Beim Backlackdraht ist über die Lackisolation eine zweite thermohärtende Lackschicht aufgetragen, die nach der Aufwärmung auf die vorgeschriebene Verbackungstemperatur, die Drähte zusammenklebt und dann aushärtet. Dabei ist es wichtig, die vom Lieferanten der Backlack - Kupferdrähte gemachten Verarbeitungsangaben einzuhalten. Die im Folgenden gemachten Angaben beziehen sich auf einen Backlackdraht für die Wärmeklasse H, mit einem Temperatur- index von 180°C. Die Verbackungstempertur beträgt 180 – 230°C. |
Verarbeitungsangaben |
Damit sich die Wickelköpfe bei der Erwärmung zusammen ziehen, sollte das Bandagieren mit einer Schrumpfkordel der entsprechenden Temperaturklasse erfolgen.
Erfahrungsgemäss werden die besten Resultate erzielt, wenn die Wicklung an eine Stromquelle angeschlossen und während 30 – 90 Sekunden bis auf ca. 180°C aufgeheizt wird. Diese Temperatur bleibt während ca. 1 – 3 Minuten konstant, bevor die Wicklung wieder abgekühlt wird. Der Aushärtungsgrad der Backlackschicht gewährleistet nach dieser Behandlung eine Verbackungskraft, welche auch bei erhöhten Temperaturen stärker ist, als beim Lack - Imprägnierverfahren.
Der Aufheiz- und Verbackungsprozess kann auch in einem Trockenofen erfolgen. Weil dabei neben der Wicklung auch der ganze Ofen aufgeheizt werden muss, wird die Aufheizzeit wesentlich verlängert und ein Mehrfaches an Energie verbraucht. Während der Verbackung entstehen Reaktionsprodukte in Form von Gasen, die als übelriechend empfunden werden. Es empfiehlt sich daher, eine geeignete Luftabsaugung anzubringen. In der Regel haben die Anwendungstechniker des Backlackdraht - Lieferanten weitreichende Erfahrungen gesammelt, die sie dem Anwender gerne zur Verfügung stellen.
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| Die Vorteile dieses Verfahrens sind: |
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- Saubere Arbeitsplätze
- Keine Brand- und Explosionsrisiken
- Beschaffung und Bewirtschaftung von Imprägniermitteln entfällt
- Keine Imprägniermittel - Abfälle und damit keine Entsorgungsprobleme
- Keine Lackresten auf bearbeiteten Flächen
- Verarbeitung in Automaten möglich
- Einsparung von Energiekosten
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Kürzere Produktionszeiten |
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