Projekt 17094/01

Weiterentwicklung des Strom-UV-Tauch-Imprägnier-Verfahrens für große Statoren von Elektromotoren

Projektdurchführung

Gottlob Thumm Maschinenbau GmbH
Daimlerstr. 6
78549 Spaichingen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Zielsetzung des Vorhaben ist es, das bisher bekannte Strom-Uv-Tauch-Imprägnier-Verfahren auch auf große Statoren anzuwenden. Bisherige Imprägnierverfahren wie Tauchimprägnierung oder VPI-Tauch-Imprägnierung mit Ofenheizung benötigen sehr viel Zeit, bei gleichzeitig hohem Energieaufwand. Zusätzlich zu den Zeit- und Energieeinsparungen wird die Qualität der Imprägnierung um ein Vielfaches erhöht, was wiederum eine bessere Wärmeabfuhr am Motor in Nennbetrieb bedeutet. Diese bessere Wärmeabfuhr ermöglicht eine bessere Ausnutzung der eingespeisten Energie und weniger Verluste.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie bereits bei kleineren Statoren bekannte Imprägniertechnik sollte weiterentwickelt werden, um auch Großmaschinen mit großen Gewichten ( ca. 2 Tonnen Gesamtgewicht ) effektiv und mit reduziertem Energieaufwand zu imprägnieren.
Das größte Problem stellte hierbei die Aufheizung der großen Masse des Blechpaketes dar. Durch die Entwicklung einer HF-Heizmöglichkeit für das Blechpaket wurde erreicht, dass die Blechpakete von Statoren in kürzester Zeit mit geringsten Verlusten aufgeheizt werden können.
Durch zahlreiche Versuche und Testaufbauten mussten nun die gewonnenen Erkenntnisse ausgebaut werden, wobei sich herausstellte, dass z. B. Blechpaketsegmente mit speziellem Aufbau nicht mit der HF-Heizmöglichkeit erwärmt werden können. Bei Spezialblechpaketen wird dann das Aufheizen mit einem induktiven System gemacht wird.
Ein weiterer Punkt war, die benötigten Anschlussleistungen zu reduzieren. Große Statoren haben große Wicklungsquerschnitte, was wiederum bedeutet, dass zum Aufheizen der Wicklung ein großer Strom benötigt wird. Durch schaltungstechnische Maßnahmen wurde nun erreicht, dass die eingebrachte Energie in der Wicklung aufgesplittet wird und somit die benötigte Energie auf ca. 70 % reduziert werden kann ( z. B. Aufheizung eines Gleichstromstators mit 4500 A statt mit 6500 A ).
Alle theoretisch aufgestellten Möglichkeiten mussten durch zahlreiche Versuche an Statoren und Ankern erprobt und untermauert werden, wobei die Erkenntnisse auch zur Weiterentwicklung der oben genannten Punkte geführt haben.


Ergebnisse und Diskussion

Die Weiterentwicklung der Strom-UV-Imprägniertechnik bei großen Statoren konnte zu 100% erreicht werden und stellt sogar die Entwicklung der Technik für Hochspannungsmaschinen in Aussicht.
Große Energieeinsparungen mit gleichzeitiger Erhöhung der Qualität sind die Hauptergebnisse dieses Projektes.
Imprägnier- und Aushärtezeiten von 50 - 60 Stunden konnten reduziert werden auf 2 - 3 Stunden. Die damit verbundenen Energieeinsparungen liegen bei 70 %. Entgegen den alten Imprägniertechniken wird bei der Strom-UV-Imprägnier-Technik nur Energie konsumiert, wenn auch wirklich ein Imprägnierprozess bzw. ein Aushärteprozess stattfindet. Lange Vorlaufzeiten zum Aufheizen der Öfen sind nicht notwenig. Der Wirkungsgrad dieser Technik liegt somit bei 1.
Werden bei herkömmlichen Tauchverfahren Trockenharzaufnahmen von 40 - 60 % erreicht, so ist es mit der Strom-UV-Tauch-Imprägniertechnik möglich, Trockenharzaufnahmen von 90 - 98 % zu erreichen.
Ein dritter wesentlicher Punkt konnte durch Verwendung der oben genannten Aufheizverfahren erreicht werden. Durch das schnelle und effektive Anwärmen, Tauchen und Aushärten der Statoren konnten die Abtropfverluste und die Emissionsverluste auf ein Minimum gesenkt werden.
Wird bei den herkömmlichen Imprägniertechniken mit Abtropfverlusten von bis zu 30 % gerechnet, so begrenzen sich die Abtropfverluste bei der Strom-UV-Tauch-Imprägniertechnik auf max. 5%. Die zeitaufwändige Reinigung der Anlagen wird somit auf ein Minimum reduziert, ebenso die Entsorgung der anfallenden Harzreste.
Bei den Emissionsverlusten verhält sich das Ergebnis ähnlich wie bei den Abtropfverlusten. Ca. 30% stehen den max. 5 % erreichten Emissionsverlusten bei der Strom-UV-Imprägniertechnik entgegen.Aufwändige und Energie verschleudernde Nachverbrennungsanlagen können somit eingespart werden.
Die Aufgabenstellung, die Aushärtung auch ohne UV-Strahlung zu erreichen, konnte leider nicht erreicht werden. Die UV-Strahlung wird benötigt, um Teile, die nicht über die Stromheizung warm genug werden, auszuhärten, z. B. Harzauftrag an den Anschlusslitzen, an der Außenseite der Blechpakete, an unzugänglichen Stellen des Isoliermaterials. Die UV-Strahlung wird jedoch nur im letzten Teil der Härtungsphase zugeschaltet, somit sind jegliche klebrige Teile (auch Aufhängungen) ausgeschlossen, was wiederum ein sauberes Weiterarbeiten ermöglicht. Bei der UV-Aushärtung werden die UV-Lampen über den Stator gefahren (geschlossenen Raum). Somit ist eine Gefährdung des Bedienpersonals ausgeschlos-sen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Die gewonnenen Erkenntnisse und Techniken konnten bereits mehreren Großmaschinenherstellern vorgestellt werden. Weitreichendes Interesse wurde angezeigt. Eine Anlage wurde gebaut und arbeitet mit Erfolg bei Siemens Nürnberg.
Die Präsentation erfolgt hauptsächlich über die Zeitung Coil winding International.


Fazit

Durch die Weiterentwicklung des Strom-UV- Tauch-Imprägnier-Verfahrens ist dieses Verfahren als zukunftsweisend bei vielen Großmaschinenherstellern eingestuft worden. Es wird bereits bei einigen Herstellern die Möglichkeit des Einsatzes dieses Verfahrens bei der Imprägnierung von Hochspannungsmotoren diskutiert.