МАССА ДЛЯ ПАЗОВОЙ ЗАГЛУШКИ, ПАЗОВАЯ ЗАГЛУШКА И СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПАЗОВОЙ ЗАГЛУШКИ
MASS FOR GROOVE PLUG, GROOVE PLUG AND METHOD OF GROOVE PLUG MANUFACTURE

Изобретение касается массы для пазовой заглушки для электрической машины, которая для приема электрической проводной системы имеет, по меньшей мере, один паз с пазовым отверстием, содержащей магнитный наполнитель, в частности, магнитомягкий наполнитель, а также реакционную смоляную смесь, которая имеет, по меньшей мере, один смоляной компонент. Далее, изобретение касается пазовой заглушки, а также способа для изготовления пазовой заглушки для электрической машины.
Пазы электрических машин служат для приема изолированных электрических проводников, соответственно, проводных систем. Они имеют, как правило, пазовое отверстие, через которое проводники, соответственно, проводные системы вкладываются в паз. В частности, у машин высокого напряжения работают с так называемыми «открытыми пазами», причем пазовое отверстие проходит по всей ширине паза. Поэтому пазовое отверстие должно запечатываться после вложения электрических проводников, соответственно, проводной системы, чтобы предотвратить подъем проводников из паза во время эксплуатации электрической машины.
Пазовая заглушка для таких пазовых отверстий обычно выполняется с помощью жестких заглушающих тел, так называемых пазовых клиньев. Эти пазовые клинья изготовлены, например, из технических слоистых прессованных материалов посредством механической обработки. Альтернативно, они могут быть изготовлены их термопластичных или термореактивных формовочных масс посредством непрерывной экструзии или литьевого формования.
Чтобы улучшить магнитное направление потока в области пазового отверстия, пазовые заглушки выполнены, например, частично магнитомягкими. При этом пазовые заглушки в форме пазовых клиньев выполнены из наполненных железом слоистых прессованных материалов. Правда, обычно такая магнитомягкая пазовая заглушка склеивается с пазом, чтобы достичь хорошей плотной посадки. В противном случае существует опасность, что пазовый клин отделится в результате эксплуатационных нагрузок (термическая нагрузка, термомеханическая переменная нагрузка, магнитная переменная нагрузка, влияния окружающей среды). Это склеивание надежно выполняется только со значительными затратами.
Предварительно изготовленное заглушающее тело, которое используется как пазовая заглушка, описано, например, в WO 2006/100291 А1. Заглушающее тело при этом состоит из материала с термопластичным полимерным материалом и магнитным наполнителем.
Другими формами магнитомягкой пазовой заглушки являются наполненные железным порошком, отверждаемые эпоксидные смолы, как они описаны, например, в выложенных заявках на изобретение DE 1288186 и DE 1299357. Эпоксидные смолы в виде пастообразных масс вдавливаются в пазовое отверстие и затем термически отверждаются. Такая пазовая заглушка отличается от магнитомягких клиньев долговременной плотной посадкой.
В основу изобретения положена задача предоставить улучшенную, отверждаемую, магнитную пазовую заглушку.
В соответствии с изобретением задача решается посредством массы для пазовой заглушки для электрической машины, которая для приема электрических проводных систем имеет, по меньшей мере, один паз с пазовым отверстием, содержащей магнитный наполнитель, в частности, магнитомягкий наполнитель, и реакционную смоляную смесь, которая имеет, по меньшей мере, один смоляной компонент, причем масса для пазовой заглушки, кроме того, содержит катализатор, который предусмотрен для ускорения катионной полимеризации реакционной смоляной смеси.
Предпочтительно катализатором является вещество из, по меньшей мере, одной из группы органических солей аммония, сульфония, фосфония или имидазолия или смесь, содержащая, по меньшей мере, одну из этих солей.
При этом под магнитным наполнителем следует понимать также смесь магнитных наполнителей. Катализатором в данных условиях также называется смесь катализаторов.
Изобретение основывается на идее предусмотреть 1-компонентную реакционную смоляную смесь для использования в массе для пазовой заглушки, которая отверждается в результате катионной полимеризации. Таким образом, реакционная смоляная смесь состоит лишь из одного или нескольких смоляных компонентов, которые при использовании массы для пазовой заглушки в качестве пазовой заглушки непрерывно присоединяются к растущему полимеру. Катионная полимеризация упомянутого, по меньшей мере, одного смоляного компонента становится возможной и ускоряется посредством катализатора (или смеси катализаторов), который подмешен в массу для пазовой заглушки. По сравнению с реакционной смоляной смесью катализатор имеет весовую долю самое большее 5 вес.%, в частности, весовая доля катализатора составляет менее 1 вес.% реакционной смоляной смеси.
Существенным преимуществом такой массы для пазовой заглушки, которая отверждается на основе катионной полимеризации, является то, что готовая масса для пазовой заглушки при температуре окружающей среды имеет длительную стабильность при хранении в несколько недель. Даже при повышенной температуре от 35°С до 45°С возможен срок хранения от нескольких дней до недель. Также при более высокой влажности воздуха, то есть выше средней атмосферной влажности воздуха, масса для пазовой заглушки является стабильной при хранении несколько дней. Таким образом, масса для пазовой заглушки подходит для хранения и транспортировки в качестве готовой смеси, которая используется без необходимости добавления других компонентов на месте использования.
При этом реакционная смоляная смесь подходит для диапазона температур применения выше 155°С. Таким образом, беспроблемно может перекрываться класс F нагревостойкости, при необходимости, даже более высокие классы нагревостойкости.
Целесообразным образом смоляной компонент реакционной смоляной смеси представляет собой эпоксидную смолу. Эпоксидная смола особенно подходит для многократного последовательного соединения эпоксидных групп, то есть для полимеризации. Катионная полимеризация эпоксидных смол лежит в основе термически или радиационно инициируемой открывающей кольцо полимеризации. Здесь в качестве инициаторов служат вещества, которые в результате термолиза или фотолиза образуют очень сильные кислоты, которые запускают вышеописанную полимеризацию. Преимущества полимеризации реакционной смоляной смеси представляют собой нечувствительность к воздействию воздуха при отверждении, незначительную усадку и вытекающую из этого улучшенную адгезию к металлам, а также доотверждение в темноте.
Предпочтительно магнитный наполнитель и катализатор выбраны таким образом, что магнитный наполнитель при температуре окружающей среды связывает или замедляет катализатор и инициирование происходит только после термической и/или радиационной обработки, предпочтительно ультрафиолетовым излучением, что вызывает отверждение массы для пазовой заглушки. Альтернативно или дополнительно к магнитному наполнителю, в качестве катализаторного замедлителя масса для пазовой заглушки содержит добавку, которая при температуре окружающей среды связывает или замедляет катализатор, так что отверждение массы для пазовой заглушки осуществляется также при описанных в связи с магнитным наполнителем условиях. Подходящими для этого являются, например, кремниевая кислота, тригидрат алюминия, гидроксид магния и т.д.
Масса для пазовой заглушки является стабильной при хранении также при открытом хранении во влажном климате, то есть при влажности воздуха выше, чем 50%. Ввиду своего химического состава в массу для пазовой заглушки, как правило, не включается вода. Также на основании химического состава массы для пазовой заглушки является возможной температура отверждения от приблизительно 70°С.
2
Согласно одному предпочтительному варианту осуществления изобретения масса для пазовой заглушки дополнительно содержит органические и/или неорганические наночастицы, в частности, core-shell («оболочка-ядро») наночастицы или неорганические наночастицы на основе SiO. Наночастицы улучшают, в частности, текучесть реакционной смоляной смеси и ударную вязкость отвержденной пазовой заглушки.
Согласно одному другому предпочтительному варианту осуществления изобретения масса для пазовой заглушки имеет температуру стеклования, по меньшей мере, 180°С. Это является предпочтительным, поскольку с превышением температуры стеклования происходит значительное изменение механических и электрических свойств. Таким образом, чтобы сделать возможным использование пазовой заглушки при максимально высоких температурах, температура стеклования посредством состава массы для пазовой заглушки настраивается на 180°С или выше.
Принимая во внимание высокую магнитную проницаемость пазовой заглушки предусмотрено, что в массе для пазовой заглушки магнитный наполнитель или смесь магнитных наполнителей имеет предпочтительно долю, по меньшей мере, 85 вес.%.
Кроме того, более высокая доля магнитного наполнителя достигается за счет того, что магнитный наполнитель предпочтительным образом представлен в виде распределений частиц по размерам от бимодальных до мультимодальных. Это означает, что магнитный наполнитель имеет, по меньшей мере, два распределения частиц по размерам, причем более мелкие частицы, в частности, заполняют промежуточное пространство между более крупными частицами. Таким образом, становится возможной максимально высокая плотность упаковки, которая, в свою очередь, имеет своим результатом высокую магнитную проницаемость. Магнитный наполнитель содержит железный порошок, в частности, губчатый железный порошок или карбонильный железный порошок. Железный порошок имеет средний размер частиц между приблизительно 40 и 500 мкм, в частности от приблизительно 200 мкм до 300 мкм. Однако принципиально также возможны размеры частиц меньше чем 40 мкм, соответственно, больше чем 500 мкм.
Кроме того, преимуществом является то, что масса для пазовой заглушки содержит, целесообразным образом, волокнистые наполнители с длиной волокна от 50 мкм до 10000 мкм, в частности от 100 мкм до 5000 мкм, в частности от 100 мкм до 3000 мкм. Такие волокнистые наполнители обеспечивают повышение механической прочности. В качестве волокнистых наполнителей используются, например, неорганические волокна, такие как стекловолокно, соответственно, также органические волокна, такие как арамидные волокна. Кроме того, также возможны любые смеси волокон.
Предпочтительно масса для пазовой заглушки имеет стабильность при хранении в течении нескольких дней при температуре до 45°С и/или при повышенной влажности воздуха выше 50%.
Далее, задача согласно изобретению решается посредством пазовой заглушки электрической машины из массы для пазовой заглушки по одному из описанных выше вариантов осуществления изобретения.
Кроме того, задача согласно изобретению решается посредством способа изготовления пазовой заглушки для электрической машины, которая для приема электрических проводных систем имеет, по меньшей мере, один паз с пазовым отверстием, причем реакционная смоляная смесь, включающая в себя, по меньшей мере, один смоляной компонент, магнитный наполнитель, в частности магнитомягкий наполнитель, и катализатор, смешиваются друг с другом в массу для пазовой заглушки.
Уже указанные в отношении массы для пазовой заглушки преимущества и предпочтительные варианты осуществления изобретения переносятся по смыслу на пазовую заглушку, а также на способ изготовления пазовой заглушки.
Предпочтительно проводная система вкладывается в паз и масса для пазовой заглушки для запечатывания пазового отверстия вводится и затем термически обрабатывается, чтобы инициировать катионную полимеризацию.
Преимущественным образом, после введения массы для пазовой заглушки в паз, принимая во внимания поверхностное неполное отверждение, сначала обрабатывается теплом и/или ультрафиолетом только поверхность массы для пазовой заглушки. При этом предпочтительно, если поверхность массы для пазовой заглушки сначала неполно отверждается посредством УФ-излучения, причем более глубокие слои массы для пазовой заглушки еще не полимеризованы. В результате этого этапа способа обеспечивается стабильность формы массы для пазовой заглушки перед полной катионной полимеризацией.
Пример осуществления изобретения более подробно поясняется на основании чертежа. Здесь единственная фигура показывает пример осуществления статора электрической машины с магнитной пазовой заглушкой.
На фигуре показан пример осуществления статора 1 электрической машины в частичном поперечном разрезе. Статор 1 включает в себя паз 2, в котором размещена электрическая проводная система 3. Показанная лишь схематически проводная система 3 может быть выполнена в виде электрического отдельного проводника или в виде комбинации нескольких электрических частичных проводников. Она окружена электрической изоляцией 4 и является частью катушечной обмотки статора 1. Принципиально, паз 2 и проводная система 3 вместо статора 1 могут быть также предусмотрены в роторе электрической машины.
В области пазового отверстия 5 внутри паза 2 расположена пазовая заглушка 6. Пазовая заглушка выполнена из массы 7 для пазовой заглушки, которая содержит магнитомягкий наполнитель, а также реакционную смоляную смесь. Реакционная смоляная смесь состоит, по меньшей мере, из одного смоляного компонента, в показанном примере осуществления изобретения из эпоксидной смолы, и катализатора для катионной полимеризации эпоксидной смолы. Кроме того, масса 7 для пазовой заглушки может содержать органические и/или неорганические наночастицы, а также волокнистые наполнители.
Доля магнитного наполнителя в массе 7 для пазовой заглушки составляет, по меньшей мере, 85 вес.%. Доля катализатора в реакционной смоляной смеси составляет самое большее 5 вес.%, в частности весовая доля катализатора составляет менее 1 вес.% реакционной смоляной смеси.
Компоненты массы 7 для пазовой заглушки составляют готовую смесь, которая при комнатной температуре и/или при одновременной повышенной влажности воздуха остается стабильной при хранении. Даже при повышенной температуре воздуха, например, при 45°С, готовая смесь остается стабильной при хранении от нескольких дней до недель и ее компоненты не реагируют друг с другом, отрицательно влияя на свойства обработки и конечные свойства. Таким образом, готовая смесь может храниться и транспортироваться в течение периода времени от нескольких дней или недель. В показанном примере осуществления изобретения масса для пазовой заглушки обрабатывается на месте эксплуатации, после того как она введена в пазовое отверстие 5, в первую очередь УФ-излучением, с тем, чтобы обеспечить неполное отверждение поверхности массы для пазовой заглушки. Затем масса 7 для пазовой заглушки подвергается теплообработке, в частности, при температуре отверждения 70°С или выше, чтобы полимеризовать также более глубокие слои массы 7 для пазовой заглушки.
Изготовленная таким образом масса 7 для пазовой заглушки отличается высокой химической устойчивостью, высокой термостойкостью, а также механической прочностью, высокой магнитной проницаемостью из-за высокой доли магнитного наполнителя. Из-за своего состава масса 7 для пазовой заглушки имеет, в частности, температуру стеклования выше 180°С. При этом область применения пазовой заглушки 6 находится в классе F нагревостойкости или в более высоких классах, то есть при эксплуатации электрической машины температура может достигать, в частности, 155°С и при необходимости превышаться. Более того, масса для пазовой заглушки не содержит никаких обязательных для указания (на маркировке) токсичных компонентов.