Brevet FR2590744A1 — publié le 19870529

PROCEDE D'IMPREGNATION DE MACHINES ET DE PIECES DE MACHINES ELECTRIQUES L'invention concerne un procédé d'enduction ou d'imprégnation, notamment de machines et de pièces de machines électriques par du vernis isolant. Actuellement, dans le domaine de l'industrie électrique, pour l'imprégnation des machines électriques et d'autres équipements électriques, on utilise, d'une part, des agents d'imprégnation contenant des solvants organiques et, d'autre part, des moyens d'imprégnation exempts de solvant. Les procédés connus satisfont aux exigences posées a l'im prégnation du point de vue électrique et a d'autres points de vue. Ces derniers temps on a pu observer plusieurs tendances du développement des procedes d'imprégnation. Une de ces tendances a conduit au developpement de ce que l'on a appele le procédé VPI dans lequel le système isolant des machines électriques est constitué de matériau isolant exempt de liant et ou l'on procede à l'imprégnation sous pression avec le liant nécessaire exempt de solvant, le plus souvent une résine epoxy ou une resine époxy polyester. Une autre direction du développement a conduit a ce que l'on appelle le procédé d'égouttement. Dans ce procédé, on laisse s'écouler sur les pièces a imprégner, pendant leur rotation, autant de vernis exempt de solvant que nécessaire pour que le système isolant soit imprégné de vernis. La troisième tendance se traduit par un perfectionnement du procédé conventionnel. Le procédé conventionnel consiste a proceder a l'imprégnation par des vernis contenant un solvant organique en repétant une ou deux fois les operations partielles suivantes: 1. pré-séchage, 2. imprégnation et saturation, 3. séchage, 4. cuisson. On procède au pré-séchage à la pression atmospherique ou bien sous vide a environ 105 a 1100C des bobines pourvues de leur système isolant, on les refroidit ensuite a une température de 25 a so0c et on les imprègne ensuite, c'est-a-dire on les immerge dans le vernis. Cette étape operatoire peut être mise en oeuvre aussi bien a la pression atmosphérique que sous vide. On retire ensuite la bobine du vernis et on la chauffe pour la sécher a 70 a 80"C et ensuite on cuit le vernis a une température prescrite pour ce vernis. Le procédé conventionnel présente plusieurs inconvenients importants. D'une part, ce procédé consomme beaucoup d'énergie étant donne que l'on doit réchauffer plusieurs fois des éléments dont la masse n'est pas négligeable, d'autre part, la presence d'un solvant organique est un inconvenient parce qu'on sait qu'il est inflammable et nuisible pour la santé et que son degagement dans l'atmosphère pollue l'environnement. Ces deux points de vue sont donc d'une grande importance parce que pour les machines électriques de grande taille, le respect et la vérification des prescriptions obligatoires a l'égard du feu, du fonctionnement et de la protection de l'environnement sont extrêmement difficiles. Le but de l'invention est donc de créer un procedé d'imprégnation de machines électriques dans lequel le vernis d'imprégnation ne soit pas inflammable, l'effet nocif du vernis pour l'environnement et pour la sante soit minimum, tout en garantissant les mêmes paramètres electriques, techniques et autres que dans les procédés et les vernis connus employés auparavant. On sait généralement que les caractéristiques des matériaux isolants électriques se détériorent rapidement en presence d'humidité même pour une teneur en humidité relativement faible. Dans le domaine de l'industrie électrique, on n'a donc pas utilisé pendant longtemps de produits pouvant être dilués par l'eau. Les prescriptions de protection de l'environnement, de la santé et du travail devenant toujours plus strictes ont cependant force l'industrie électrique a s'occuper de façon plus pressante de l'introduction de ces produits. Les premiers produits de cette nature ont été des vernis pouvant être dilués a l'eau pour des tôles soumises a la cuisson. Leur introduction a été relativement facile puisqu'il suffisait d'appliquer sur les surfaces libres des plaques une couche de vernis mince de 5 a 15 pm et que l'on pouvait ainsi lors de la cuisson garantir l'élimination complete de l'eau. Au cours du vernissage des plaques il s'est avéré que les vernis pouvant être dilués a l'eau présentaient, après la cuisson, d'excellentes caractéristiques generales et électriques. L'invention repose sur le fait que lorsque l'on choisit des vernis qui, outre leurs propriétés générales, disposent également d'une bonne capacité de libération de l'eau et d'une faible tendance à la formation de bulles, et lorsque l'on choisit correctement les conditions d'imprégnation et de cuisson, on peut pratiquement obtenir une imprégnation qui, par sa qualité, corresponde a l'imprégnation effectuee avec des vernis contenant des solvants organiques. L'invention concerne un procédé de revêtement et d'imprégnation de pieces de machines, notamment de machines électriques, par du vernis isolant. L'essence de l'invention consiste donc en ce que l'on immerge une piece de machine munie d'une isolation électrique, à la température ambiante, de préférence dans une zone de températures comprise entre 15 et 400C, a la pression atmosphérique, ou sous vide, le cas échéant sous pression, dans un vernis soluble dans l'eau dont le pH est compris entre 7 et 11, de préférence 7 et 8, et dont l'effusion est de 20 a 150 secondes, de préférence de 35 a 55 secondes (mesurée a 20"C et a Mp-4) aussi longtemps qu'il faut pour que l'on ne puisse plus percevoir a la surface du vernis de formation de bulles, on retire ensuite la pièce de machine du vernis, on laisse le vernis s'égoutter et l'on sèche a la pression atmosphérique ou sous vide a une température comprise entre 15 et 800C, de préférence 20 et 400C, et l'on cuit ensuite le vernis a la température prescrite pour le vernis utilisé. Selon un mode de réalisation préféré du procédé selon l'invention, le procede d'immersion est mis en oeuvre a la pression atmosphérique, Selon une autre forme de réalisation préférée du procedé selon l'invention, le procédé d'immersion est mis en oeuvre sous vide. Selon encore une autre forme de réalisation préférée du procédé selon l'invention, le procédé d'immersion est mis en oeuvre sous pression. Selon une autre forme de réalisation du procedé selon l'invention, la valeur du pH du vernis est comprise entre 7 et 8. Selon une autre forme de réalisation préférée du procédé selon l'invention, l'effusion de la laque est établie a une valeur de 35 a 55 secondes (mesurée a 200C et a Mp-4). Selon une autre forme préférée de réalisation de l'invention, on seche le vernis apres egouttement a la pression atmosphérique. Selon une autre forme de réalisation preférée du procéde selon l'invention, on sèche le vernis après égouttement sous vide. Selon une autre forme de réalisation préférée du procédé selon l'invention, on effectue le séchage dans une zone de températures comprise entre 25 et 400C. Selon une autre forme de réalisation préférée du procédé selon l'invention, on utilise comme vernis une solution aqueuse d'une resine alkyde, modifiée à l'huile ou non modifiée presentant un indice d'acide Important, la solution aqueuse contenant au moins une résine de carbamide, une résine de melamine ou une résine phénolique réticulées et neutralisées par une amine organique ou minérale, et contenant des solvants organiques. L'imprégnation effectuée selon l'invention se distingue donc du procédé classique par le fait que l'on évite le processus de pré-séchage etant donné que de l'eau pénètre dans le systeme pendant l'imprégnation. Grâce à ses caracteristiques excellentes de capillarité active, le vernis pénètre dès la temperature ordinaire dans les plus petits microcapillaires. Pendant la cuisson, l'eau doit être naturellement completement évacuée. Ceci est une condition préalable fondamentale pour garantir les paramètres électriques recherches. Le vernis doit présente les caractéristiques suivantes pour pouvoir etre utilisé à des fins d'imprégnation dans le domaine de l'industrie électrique: 1. Lors de l'imprégnation: viscosité excellente, bon pouvoir mouillant, teneur aussi faible que possible en solvant auxiliaire organique, bonne capacité de stockage; 2. Lors de la cuisson: aptitude a liberer complètement l'humidité, formation de bulles minimum, temps de cuisson court; 3. Apres la cuisson: caractéristiques électriques et mecaniques excellentes, bonne résistance a l'eau, à la vapeur d'eau, à l'huile et aux produits chimiques, bonne aptitude à l'imprégnation multiple. Ces caractéristiques sont le fait des vernis spéciaux qui sont des solutions aqueuses contenant au moins une résine de carbamide, une resine de mélamine ou une résine phénolique, réticulees et neutralisées par une amine minérale ou organique, d'une résine alkyde modifiée ou non modifiee a l'huile et dont l'indice d'acide est important. Le procédé selon l'invention est expliqué dans ce qui suit plus en détail à l'aide de deux exemples de réalisation préférés. Exemple 1 Imprégnation du rotor d'un moteur d'usine nouvellement fabriqué. La machine à imprégner que l'on a choisie est le rotor d'un moteur à collecteur alimente en courant alternatif et dont la masse est d'environ 85 kg, la puissance de 34 kW et la vitesse de 1470 tr/mn et son isolation est continue. Comme vernis d'imprégnation, on utilise une résine de melamine réticulée et neutralisée par une amine organique et une solution aqueuse contenant une faible quantité d'un adjuvant organique de solubilisation de résine alkyde présentant un indice d'acide important. Le rotor est disposé verticalement, le collecteur vers le haut, dans un récipient d'imprégnation. Dans un autre récipient, le pH du vernis d'imprégnation est réglé à une valeur de 7,5 et on le dilue par de l'eau ordinaire a une valeur d'effusion de 35 secondes (mesurée à 20"C et Mp-4). La teneur du vernis en substance non volatile est alors d'environ 35%. Après cela, par une conduite reliant les deux récipients, on fait passer à l'aide d'une pompe dans le récipient d'imprégnation autant de vernis qu'il en faut pour que le rotor soit recouvert jusqu'au collecteur et on l'y maintient jusqu'à ce que l'apparition de bulles à la surface du vernis cesse. Ceci dure environ une heure.Le vernis est ensuite ramené par pompage dans le récipient de préparation, le rotor est sorti au-dessus du recipient, on le laisse s'égoutter et l'on essore ensuite le vernis de l'extrémité des axes avec un chiffon humide. Pour évaporer l'eau, la machine est tout d'abord maintenue à la pression atmosphérique à une temperature de 50"C pendant une periode de temps de 4 heures et le vernis est ensuite cuit à la température prescrite pour ce vernis de 1300C pendant une période de temps de 12 heures. Ce processus est répété jusqu'à l'obtention d'une excellente qualité de l'imprégnation a la différence cependant que l'on règle l'effusion du vernis à une valeur de 50 secondes. La teneur du vernis en substances non volatiles est alors d'environ 45%.La qualité de l'imprégnation est alors évaluée d'une façon connue en soi par mesure de la résistance isolante à une température de 1300C. Exemple 2 Imprégnation d'un moteur déjà utilisé pour une remise a neuf d'entretien. Le moteur choisi dans cet exemple de réalisation est un moteur ayant déjà tourné pendant 20 000 heures de fonctionnement et se trouvant encore en état de fonctionnement bien que sale et huileux. Le moteur à rénover presentait les paramètres techniques suivants: masse d'environ 20 kg et induit a collecteur. Dans la premiere phase de l'imprégnation, le moteur est nettoyé. Ceci se fait à l'aide d'un jet puissant, dans un premier temps avec une solution de lavage aqueuse et, dans un deuxieme temps, avec de l'eau pure. Le moteur est ensuite introduit sans sechage dans le récipient d'imprégnation et l'on entreprend ensuite l'imprégna- tion comme indiqué dans l'exemple 1.Dans le cas present, on réalise une double imprégnation mais en fonction de l'état et du mode de fonctionnement prévu pour le moteur, il peut cependant être suffisant de procéder a une seule imprégnation. En général, les paramètres (pH, viscosité, teneur en substances non volatiles) du vernis sont toujours détermines en fonction des données du domaine industriel et du caractère de la piece à impregner. Le pH du vernis peut se situer dans un domaine de 7 a 11, de préférence de 7 a 8, l'effusion du vernis dans un domaine de 20 à 200 secondes, de préférence de 30 a 60 secondes (mesurée à 200C et a Mp-4) et la teneur en substances non volatiles dans un domaine de 20 à 70%, de préférence de 30 à 45%. Sur la base des exemples de réalisation decrits, on peut voir que le procédé selon l'invention dispose de toute une série d'avantages par rapport au procédé classique. Un avantage fondamental resulte de ce que par l'utilisation du vernis soluble dans l'eau, on élimine le risque d'incendie et d'explosion et l'on réduit l'effet nocif sur la santé ainsi que la pollution de l'environnement. Le vernis qui touche la peau peut être éliminé avec de l'eau ordinaire et du savon. En outre, avec le procédé selon l'invention, on economise une opération, à savoir le pré-séchage, ce grâce a quoi on obtient une économie importante de temps de travail et d'énergie. Les vernis que l'on peut utiliser dans le procédé selon la présente invention nécessitent une faible durée de temps de cuisson ce qui conduit de même a une économie importante de temps et d'energie. Avec l'utilisation du procédé selon l'invention, l'expérience montre que l'on peut obtenir une economie de temps de 50% et une économie d'energie de 50%. Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, mais elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles a l'homme de l'art sans que l'on ne s'écarte de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1.- Procédé de revêtement et d'imprégnation de pièces de machines, notamment de machines électriques par du vernis isolant, caractérisé en ce que l'on procède aux phases opératoires suivantes: on plonge la pièce de machine comportant un système isolant a la temperature -ambiante, de préférence dans une zone comprise entre 15 et 400C, dans un vernis soluble dans l'eau dont le pH est compris entre 7 et 11, de préférence de 7 à 8, présentant une effusion de 20 à 150 secondes, de préférence de 35 à 55 secondes (mesurée a 20"C et à Mp-4) jusqu'à ce que l'on ne puisse plus percevoir de formation de bulles à la surface du vernis, après cela on retire la pièce de machine du vernis, on laisse celui-ci s'égoutter et on sèche sous pression atmospherique ou sous vide a une température compris entre 15 et 800C, de préférence de 20 à 450C et l'on cuit a la temperature prescrite pour le vernis utilisé. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'immersion s'effectue a la pression atmospherique. 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'immersion s'effectue sous vide. 4.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'immersion s'effectue sous pression. 5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caracterise en ce que la valeur du pH du vernis est comprise entre 7 et 8. 6.- Procede selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérise en ce que l'effusion du vernis est réglée dans une zone comprise entre 35 et 55 secondes (mesurée a 200C et à Mp-4). 7.- Procedé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'on sèche le vernis à la pression atmosphérique après l'avoir égoutte. 8.- Procedé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérise en ce que l'on sèche le vernis sous vide après l'avoir égoutte. 9.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caracterise en ce que l'on sèche le vernis dans une zone de températures comprise entre 25 et 4O0C. 10.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que l'on emploie comme vernis une solution aqueuse d'une résine alkyde modifiée a l'huile ou non modifiée dont l'indice d'acide est important, la solution aqueuse neutralisee avec une amine organique ou minérale contenant au moins une résine de carbamide, une résine de mélanine ou une résine phénolique réticulée.