Der Katechismus für die Ankerwickelei: Leitfaden für die Herstellung der Wicklungen an elektrischen Maschinen, Transformatoren, Starkstromapparaten und Kleinstmotoren [14., verm. und verb. Aufl., 45.–46. Tsd. Reprint 2020] 9783112311691, 9783112300428

Table of contents :
Vorwort zur 13. und 14. Auflage
Vorwort zur 12. Auflage
Vorwort zur 1.—11. Auflage
Inhaltsverzeichnis
Verzeichnis der Wicklungs-Schaltbilder
Einleitung
I.Teil: Die Ausnutzung des Wickelraumes bei Gleichstromanker und Drehstromständer
II. Teil: Hilfswerkzeuge und die Anwendung derselben in der Ankerwickelei
III. Teil: Die praktischen Arbeitsvorgänge beim Bau elektrischer Maschinen
IV. Teil: Wissenswerte theoretische Einzelheiten konstruktiver Natur
V. Teil: Umschalten eines Gleichstrommotors (4 polig) 220 auf 110 Volt
VI. Teil: Die Bedeutung des statischen und dynamischen Auswuchtens umlaufender Wicklungskörper in den Instandsetzungswerkstätten elektrischer Maschinen
VII. Teil: Die Instandsetzung und Neuwicklung von Kleinmotoren
Anhang zu Teil VII: Wickeldaten einiger Kleinmotoren
Anhang II
Auszug aus den Regeln für die Bewertung und Prüfung elektrischer Maschinen, REM 0530/ XII 37 u. REM 0530/7. 55
Stichwortverzeichnis

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RASKOP/ANKERWICKLUNGEN 14. AUFLAGE

Der Katechismus für die Ankerwickelei Leitfaden für die Herstellung der Wicklungen an elektrischen Maschinen, Transformatoren, Starkstromapparaten und Kleinstmotoren Von

Fritz Raskop Beratender Ingenieur für Elektromaschinenbau Vierzehnte, v e r m e h r t e und v e r b e s s e r t e A u f l a g e Mit rund 500 Abbildungen und Wicklungs-Schaltbildern 45. und 46. Tausend

Technischer Verlag Herbert Cram, Berlin 19 67

© Copyright 1967 by Technischer Verlag Herbert Cram, Berlin 30 Printed in Germany Alle Rechte der Ubersetzung, des Nachdruckes, der Anfertigung von Photokopien und Mikrofilmen, auch auszugsweise, vorbehalten. Satz und Druck: Walter de Gruyter & Co., Berlin 30

Vorwort zur 13. und 14. Auflage Im Ablauf der Auflagenfolge hat der Verfasser versucht, den Fachtext und die Abbildungen hierzu dem entwicklungsmäßigen Fortschritt auf dem Sektor Elektromaschinen und der Instandsetzung elektrischer Maschinen durch Ergänzungen und Erweiterungen bestmöglich anzugleichen. Dieser Anlaß lag auch bei der Bearbeitung der 14. Auflage vor. Die gegenwärtige Situation im Elektromaschinenbau ist einerseits durch den ständig ansteigenden Bedarf an elektrischen Maschinen aller Größen, Gattungen und Spannungen, andererseits aber auch durch das Streben nach rationellen Fertigungsmethoden und nicht zuletzt durch die Forderung nach höherer Betriebstüchtigkeit und Verlängerung der Lebensdauer der Maschinen gekennzeichnet. Jährlich werden viele Millionen elektrischer Maschinen in der Gesamtwirtschaft und in den Haushalten zusätzlich investiert. Ein Heer von Fachleuten befaßt sich mit der Forschung nach noch besseren Hilfsmaschinen, Werkstoffen und nach wirtschaftlicheren Fertigungsmethoden. Als Ergebnis der Forschungsarbeiten kommen neuartige, verbesserte Werkstoffe, Maschinen, Geräte und Apparate auf den Markt, die im Rahmen des allgemeinen Wettbewerbes auf Geeignetheit geprüft und in praktischen Versuchen auf Einsatzreife beurteilt werden müssen. Im Rahmen dieser Entwicklung steht die Heranbildung des Nachwuchses, insbesondere die überbetriebliche Ausbildung von Fach- und Führungskräften im Vordergrunde. Es fehlt z. Z. nicht nur an geeigneten Fachkräften, sondern auch an Ausbildungsmöglichkeiten und Lehrkräften. In dieser Situation fällt dem Fachbuch eine wichtige, gegenwartsnahe und überbrückende Aufgabe zu, die u. a. auch durch das Streben nach einem gemeinschaftlichen europäischen Markt und durch die Hilfe für die Entwicklungsländer gekennzeichnet ist. Unter Berücksichtigung dieser Gesichtspunkte wurde die 13. u. 14. Auflage des „Katechismus" überarbeitet, ergänzt und erweitert. Die seit Jahrzehnten bestehenden geistigen und persönlichen Kontakte mit ausländischen Fachleuten, wurden durch das Erscheinen des Katechismus in französischer und spanischer Sprache vertieft und hierdurch der internationale Erfahrungsaustausch gefördert. V

Seit dem nun 42jährigen Bestehen hat der Katechismus in den Händen vieler tausend Fachleute im In- und Ausland seinem Zweck gedient. Der Verfasser benutzt die Gelegenheit, dem großen Kreis der Katechismusfreunde für das entgegengebrachte Vertrauen zu danken und gibt der Hoffnung Ausdruck, daß der Katechismus auch weiterhin seiner Aufgabe gerecht werden möge. Oberursel/Taunus, im August 1963 Oberursel/Taunus, im September 1965

Der Verfasser

Vorwort zur 12. Auflage Das Erscheinen der 12. Auflage (39.-42. Tausend) des „Katechismus" gab dem Verfasser den Anlaß zu einer sorgfältigen Überarbeitung und Ergänzung des gesamten Stoffgebietes. Hierbei wurde davon ausgegangen, daß sich in den letzten Jahrzehnten hinsichtlich der bekannten und bewährten Wicklungsarten nichts Grundsätzliches geändert hat und voraussichtlich auch in absehbarer Zukunft keine nennenswerten diesbezüglichen Änderungen zu erwarten sind. Richtungweisend waren vielmehr die Belange der Elektromaschinenbauer und Instandsetzer, die sich aus dem entwicklungsmäßig bedingten Fortschritt auf dem Sektor „Elektromaschinenbau", insbesondere aber aus dem allgemeinen Streben nach zeit- und kostensparenden Fertigungsmethoden zwangsläufig ergeben. In der gegenwärtigen Zeit der Rationalisierung, Mechanisierung und Automatisierung steht die Einführung qualitätsverbessernder, zeit- und kostensparender Fertigungsmethoden im Vordergrunde der beruflichen Interessen. Hieraus ergab sich die Notwendigkeit, weiterhin Mittel und Wege aufzuzeigen, die zur Erreichung dieser Ziele beitragen können. In diesem Sinne wurde die Zahl der Wicklungsschaltbilder in beachtlichem Umfang erhöht, Abbildungen der inzwischen auf dem Markt erschienenen, verbesserten Wickeleimaschinen und Hilfsmittel in den Fachtext eingefügt und über fortschrittliche Fertigungsmethoden in Wort und Bild berichtet. Der Abschnitt „Instandsetzung von Kleinstmotoren" wurde besonders sorgfältig überarbeitet und erheblich erweitert. Desgleichen wurde das Wickeldatenarchiv (Anhang) ausgebaut. Der Verfasser steht in ständigem Erfahrungsaustausch mit Wickeleifachleuten des europäischen und überseeischen Auslandes. Die Berichte und Hinweise von dieser Seite wurden bei der Bearbeitung der vorliegenden 12. Auflage mit ausgewertet. Es soll aber an dieser Stelle auch erwähnt werden, daß sich der „Katechismus" weit über die deutschen VI

Grenzen hinaus viele neue Freunde erworben und auch hier zu einer fortschrittlichen Entwicklung in den Wickeleibetrieben beigetragen hat. Bei Erscheinen der vorliegenden 12. Auflage des „Katechismus" blickt der Verfasser auf eine 37jährige Tätigkeit als Fachschriftsteller und beratender Ingenieur zurück. In diesem langen Zeitraum sind viele tausend geistige und persönliche Kontakte entstanden, die dem Verfasser veranlassen, seinem großen Leser- und Freundeskreis im In- und Ausland für das ihm entgegengebrachte Vertrauen zu danken. Dieser Dank gilt auch den Ratsuchenden, die dem Verfasser durch ihre Anfragen ständig neue Anregungen für seine fachschriftstellerische Tätigkeit gaben, sowie dem Verleger und seinen Mitarbeitern, die sich für die Gestaltung des vorliegenden Werkes einsetzten. Krefeld, im Juli 1957

Der Verfasser

V o r w o r t z u r 1.-—11. A u f l a g e Das vorliegende Fachbuch enthält eine Sammlung praktischer Eigenerfahrungen und Winke für den Elektromaschinenbauer-Beruf, insbesondere für die Fachleute, die sich mit der Instandsetzung, Neuund Umwicklung elektrischer Maschinen befassen. Der „Katechismus" war ursprünglich als eine Ergänzung des vom Verfasser herausgebrachten Fachbuches: Die I n s t a n d s e t z u n g a n e l e k t r i s c h e n M a s c h i n e n , T r a n s formatoren und Starkstromapparaten, Fehlerbestimmung und P r ü f u n g instand gesetzter Maschinen neuer Titel „Das Elektromaschinenbauer-Handwerk" gedacht. Mit den ständig steigenden Anforderungen, die seitens der Wirtschaft an die Instandsetzungswerke elektrischer Maschinen gestellt werden, erwies sich eine planvolle Erweiterung und Ergänzung der einzelnen Stoffgebiete als notwendig. Der „Katechismus" hat hierdurch als Fachbuch eine gewisse Selbständigkeit erlangt, aber an seiner ursprünglichen Bestimmung hat sich nichts geändert. Das Buch hat in den Händen zehntausender Fachleute im In- und Ausland an der Aufwärtsentwicklung des Elektromaschinenbauer-Handwerkes beigetragen und ist seit Jahrzehnten ein fester Bestandteil der Fachbüchereien in den Instandsetzungswerkstätten elektrischer Maschinen. Seit dieser langen Zeit bestehen geistige und persönliche Beziehungen zwischen der großen Gemeinschaft der Elektromaschinenbauer und dem Verfasser, der den Wunsch hegt, daß diese Beziehungen im Rahmen des internationalen Erfahrungsaustausches zum Nutzen und Wohle der Gesamtheit vertieft werden mögen. Der Verfasser VII

Inhaltsverzeichnis Einleitung I. Teil Die Ausnutzung des Wickelraumes bei Gleichstromanker und Drehstromständer Das aktive und passive Material der elektr. Machinen Das elektrisch und magnetisch beanspruchte Material Der R a u m f ü r die Aufnahme der Wicklung Die Abmessung des Wickeldrahtes Die Ausnutzung des Wickelraumes bei Gleichstromanker mit Handwicklung Die Auswuchtung umlaufender Wicklungskörper Anleitung zur richtigen Ausnutzung des Wickelraumes bei Gleichstromanker Merkmale f ü r die Beurteilung der Ausführbarkeit verschiedener Handwicklungsarten Die Auswertung des Wickelraumes bei Gleichstromanker mit Formspulenwicklung Die Formung der Spulen Die Ausführbarkeit der Formspulenwicklungen Die Ausnutzung des Raumes f ü r die Unterbringung der Schaltdrähte Anleitung zur Ausführung von Schaltarbeiten Drehstrommaschinen Die Raumverhältnisse zur Unterbringung der Wicklungen Hilfsmittel für zweckmäßige Raumausnutzung Ausführung für 2 pol. Dreiphasenwicklungen (Schaltbilder) unter Beachtung der Raumausnutzung

1

4 4 4 4 5 6 6 7 8 9 11 12 17 18 19 19 19

21

Verschiedene Ausführungsarten der Ständerwicklungen 25 Die Form der Spulengruppen 26—28 Die Isolation der Hochspannungswicklungen 28 Die Befestigung der Ständerwicklungen und Schaltverbindungen 30 II. Teil Hilfswerkzeuge und die Anwendung derselben In der Ankerwickelei A. Das Bandagieren umlaufender Wicklungen Die Stärke des Bandagendrahtes Zuschneiden der Isolationsstreifen als Bandagenunterlage Das Bandagieren auf der Drehbank Das Bandagieren auf Böcken Das Bandagieren der Läufer bei Großmaschinen Rotorbandagen aus Glasfaserband Die dynamische Auswuchtung umlaufender Wicklungskörper B. Die wirtschaftliche Herstellung von Lötverbindungen Lötkolbenformen C. Die Entfernung des Glimmers (Mikanit) zwischen den Lamellen eines Kollektors D. Die Herstellung der Nutenisolatlonen Isolierstoffe nach V D E (REM) Werkstoffklasse Y, A, E, B, F, H u. C Isolationsknickgerät Isolierstoffe f ü r Nutenisolationen

33 33 33 34 35 36 37 39 42 43 45

46 48 48 49 49

IX

Feuchtigkeits- und thermische Beständigkeit Silikonisolierlacke, Glasgewebe Glimmer, Mikafolien, Samicafolien Wärmeleitende Nutenisolationen Die Wärmeleitfähigkeit der Nutenisolationen Der Wärmedurchgangswiderstand der Nutenisolationen Thermisolfolien, D B P angem. Hydraulisch betätigte Mikafolien-Presse Nutenisolationen für hohe Betriebsspannung Mikafolien, umpreßte AnkerFormspulen III. Teil Die praktischen Arbeitsvorgänge beim Bau elektr. Maschinen... Das Ausschneiden und Stanzen der Bleche Neuzeitliche Stanztechnik im Elektromaschinenbau Das Bekleben bzw. Lackieren der Dynamobleche Anker und Polblech eines Gleichstrommotors Schnellaufende Nutenstanzmaschinen Wickelei Zusammenbau (Montage) von Drehstrommotoren Elektro-Isolierlacke, Bedeutung u. praktische Anwendung beim Aufbau der Wicklungsisolation im Elektromaschinenbau Imprägniergerät und Trockenofen Allgemeines Klassifizierung der Elektro-Isolierlacke Die verschiedenen Trocken- und Härtevorgänge Eigenschaften und Gütewerte der Isolierlacke Wärmeleitfähigkeit der Isolierlacke Backvermögen der Imprägniermittel Wiedererweichen der getrockneten Imprägniermittel Die thermische Beständigkeit der Imprägniermittel

X

49 50 51 51 51 51 52 52 52

54 55 56 57 58 59 63 67

69 70 70 72 73 74 76 77 78 78

Die Tropenbeständigkeit der Imprägniermittel Das Imprägnierproblem im Elektromaschinenbau Zweck und Ziel der Imprägnierung Gütebezeichnungen und Gütewerte der Elektro-Isolierlacke. Die Duplizierbarkeit der optimalen Trockenkurve Die Programmvergebung Zusammengefaßte Gütewerte und Gütebezeichnungen Ablauf aus Trocken-(Härte-)Vorgängen Oberflächen- und Tiefentrocknung Die Trockenzeiten Die jeweils optimale Trockenzeit Imprägniergeräte und Imprägnierungsmethoden Die nach dem Tränkverfahren erzielbaren Ergebnisse Was muß der Elektromaschinenbauer vom Aufbau und von der Anwendung der Isolierstoffe und Imprägniermittel wissen? . . . . Zusammenfassung H ä r t b a r e Kunstharz-Isolierlacke. Bedeutung der Kurzschlußfestigkeit Bedeutung der chemischen Beständigkeit Der Härtungsvorgang Die Temperatur bei der Vertrocknung Die Trockenkurve Vorteil gegenüber Öllacken Voraussetzungen f ü r die aussichtsreiche Anwendung Feuchtigkeits- und Säureschutzlacke Tropenschutz-Isolierlacke Silikon-Tränklacke Neue, lösungsmittelfreie Isolierlacke Das „Einwecken" von Wicklungen in Kunstharzmassen Gütemäßige Leistungssteigerung durch Vakuum-Imprägnierung. Vakuum-Imprägnieranlage im .. Betrieb Über die praktische Anwendung kalthärtender Silikon-Kautschuk-Vergußmasse beim Aufbau der Wicklungsisolation...

78 79 79 80 80 80 81 84 85 87 90 93 95

97 102 102 103 104 104 106 107 109 110 111 114 118 121 123 125 126

128

Welchen Beitrag kann der Elektromaschinenbauer zur Lösung des Lackdrahtproblems leisten Gegenüberstellung deutscher, amerikanischer und russischer Motoren Der Nutenfüllfaktor bei Lackdrahtwicklungen Die Herstellung der Formspulen f ü r Träufelwicklungen Die Wahl der Tränklacke f ü r Lackdrahtwicklungen Die P r ü f u n g instand gesetzter Maschinen Drehstrom-Prüffeld f ü r Kleinmotorenfabriken Drehzahlmessungen im Prüffeld Prüfgerät nach R E M / D V E § 50 und Tafel V Anker-Prüfgerät „ P r ü f r e x " Tabelle f ü r Normwerte (Wirkungsgrad und Leistungsfaktor) Der Magnetisierungs-, Leerlauf und Kurzschlußstrom bei Drehstrommotoren Tabelle über Nennströme, Leerlauf- und Kurzschlußströme bei neuzeitlichen Drehstrommotoren Bestimmung des Wirkungsgrades Gleichstrommaschinen Die Messung des Ankerwiderstandes Drehstrommotoren Die Umdrehungszahlen der Gleichund Drehstrommotoren

134 136 136 138 138

181 184 189 190 191 191 192

141

V. Teil

142 143

Umschalten eines Gleichstrommotors ( 4 polig) 220 auf 110 Volt 194 Tabelle über Nutenzahlen und Polzahlen f ü r Drehstrommotoren 198 Dreiphasen - Bruchlochwicklungen 198 Schaltbild: Dreiphasen - Bruchlochwicklung 10 polig, 24 Nuten 200 Tabelle über die Ausführbarkeit von Dreiphasen-Bruchlochwicklungen 201 Schaltbilder für DreiphasenEinschicht - Bruchlochwicklungen 202—233 Tabelle über Polzahlen und Läuferdrehzahlen 2—80 polig 213 Dreiphasen-Zweischichten-Bruchlochwicklung 219 Der Entwurf einer 6 pol. Dreiphasen - Zweischichten - Bruchlochwicklung, 27 Nuten 223 Schaltbild: 6 pol. DreiphasenZweischichten - Bruchlochwicklung 27 Nuten 225 Zweiphasen-Bruchlochwicklungen 227 Zweiphasen-Läuferwicklungen . . 236 Berechnung der Läuferspannung 238 Parallelschalten von Drehstromwicklungen 241 Dreiphasen - Zweischichtenentwicklung 6 pol. umschaltbar f ü r 110, 125, 190, 220, 330, 380 Volt 242 Umschaltbare Dreiphasenwicklungen f ü r 440/220 Volt 220/ 110 Volt 243 Ausgleichverbindungen an Dreiphasenwicklungen mit Parallelschaltung innerhalb der 3 Wicklungsstränge 246

144 145 147 149

151 153 154 155 157 160

IV. Teil Wissenswerte theoretische Einzelhelten konstruktiver Natur Gleichstrommaschinen Die Funkenbildung am Kollektor Der Drahtquerschnitt der Wicklungen Tabelle über Stromverbrauch bei 110, 220, 440 und 500 V o l t . . . Magnetwicklungen Die Berechnung des Wickelschrittes Parallelwicklungen Reihenwicklungen Reihenparallel-Wicklungen Einfach geschlossene Reihenparallelwicklungen

Die Berechnung des Kollektorschrittes Ausgleichringe bei GleichstromAnkerwicklungen Ausgleichverbindungen bei Gleichstrom-Ankerwicklungen Mehrpolige Schleifen-(Parallel)Wicklungen Querschnitt der Ausgleichverbindungen Mehrgängige Schleifenwicklungen Reihen-Parallel-Wicklungen

164 166 166 169 171 172 174 175 178 180 181

XI

Die Zweiphasen-Läuferwicklungen bei Drehstrommotoren 247 Schaltbild einer 4poligen Zweiphasen-Läuferwicklung 248 Angaben f ü r den AEG-Zweiphasenläufer Type D 50/6 249 Anormale Drehstromläufer-Stabwicklungen 253 Anormale Dreiphasenwicklungen und deren Anwendung beim Umbau von Drehstrommotoren 258 Wickelschema f ü r einen Stabläufer 8 polig, 84 Nuten 262 Wickelschema f ü r einen Stabläufer 8 polig, 60 Nuten 265 Bedeutung der maß- und formgerechten Gestaltung von Mehrfachspulen ungleicher Weiten f ü r Ein- und Zweischichtenwicklungen 267—285 Tabelle über Wickellöhne bei Träufelwicklungen 275 Wickelgeräte f ü r Träufelwicklungen 277—285 Die Dreiphasen - Formspulen(Träufel-)Wicklungen und ihre Bedeutung f ü r die Instandsetzungswerkstätten 285 Schaltbilder f ü r Einschicht-Träufelwicklungen 291—301 Dreiphasen - Dreietagen - Wicklungen 302 Der konstruktive Aufbau der Zweischichten-Wicklungen 307 Schaltbild eines Wicklungsstranges f ü r Zweischichtenwicklung 313 Die Schaltung der Zweischichtenwicklungen 314 Vereinfachte Schaltbilder Dreiphasen - Zweischichten - Wicklung 317,356,371 Tabelle über Schaltmöglichkeiten f ü r Dreiphasen - Zweischichtenwicklungen 318—319 Schaltbilder f ü r Zweischichtenwicklungen 321—350 Der verkürzte Wickelschritt (gesehnt) bei Zweischichtenwicklungen 345 Tabelle über die Zunahme der Leiterzahlen bei Anwendung gesehnter Wickelschritte 349 Vorteile der gesehnten Wickelschritte 350

XII

Polumschaltbare Dahlander-Wicklungen 372-418 Drehstrommotoren mit polumschaltbaren Wicklungen 372 Prinzip-Schaltbild der Dahlanderwicklungen 376 Schaltbilder für polumschaltbare Wicklungen 372—424 Die SSW-Weinert-Schaltung . . . 380, 385, 386 Die Verwendung des normalen Drehstrommotors als Emphasen - Asynchronmotor mit Hilfswicklung 408 Polumschaltbare Drehstrommotoren mit Umschalter 417 Die Umwicklung einer größeren Gleichstrommaschine von 500 auf 220 Volt 420 Ausgleichsverbindungen an Reihenparallelwicklungen 424 Tabelle der Drahtstärken bei Verwendung mehrerer paralleler Leiter 426 Tabelle 2, Durchmesser und Querschnitt blanker runder Kupferdrähte 427 Tabelle über Stromverbrauch der Gleich- und Drehstrommotoren 428 Die Ursachen des schlechten Anlaufens der Kurzschlußläufer. 429 Vorbedingungen f ü r den einwandfreien Anlauf 430 Das Nutenzahlverhältnis Ständer/ Läufer 432 Aluminium - Preßguß - Käfigläufer 434 Das Schlitzen der Kurzschlußringe entsprechend der Polpaarteilung — Verbesserung des Anlaufes 436 Wahl der Ständer und Läufernutenzahl nach Prof. Richter 437 Umwicklung von Schleifringläufer in Käfigläufer 438 Die Stab- und Ringquerschnitte 439 Leitwertgleichheit Alu/Kupfer . . 439 Nutenformen f ü r Käfigläufer . . 441 Mittel zur Verbesserung des Läufer-Anlaufes 442 Sonderfälle Käfigläufermotoren . 443 Mittel und Methoden zur Verbesserung des Anlaufes der

Käfigläufer bei Elnphasensynchronmotoren Schaubild: Leiterzahlen f ü r Einphasen - Wechselstrom - Asynchronmotoren Wicklungs-Schaltbild SSW-Einphasenmotor Type R E 24/4 . . Druckknopf-Anlaßschalter f ü r SSW-Motor Type R E 24/4 . . . Geräuscharme WechselstromAsynchronmotoren mit Käfigläufer Auslegung der Blechpakete Wahl der Ständerwicklung Mechanische Bearbeitung der Bauteile Passive Bauteile Nutenverhältnis Ständer/Läufer . Blechschnitt und Luftspalt Isolierte Käfig- und Läuferwicklungen Nutenisolation im Ständer Herabsetzung der Störgeräusche durch isolierte Metallfolien Schrifttumshinweise über geräuscharme Drehstrommotoren VI. Teil Die Bedeutung des Auswuchtens umlaufender Wicklungskörper. Die Begründung der Notwendigkeit des Auswuchtens Die wickeltechnischen Voraussetzungen f ü r eine möglichst vollkommene A u s w u c h t u n g . . . Die Technik des Auswuchtens . . Apparate und Maschinen f ü r die dynamische Auswuchtung Das Träufelharz-Imprägnierverfahren f ü r Kleinst-Kollektoranker Zweck und Ziel des TräufelharzImprägnierverfahrens Leiterwerkstoff „ L a c k d r a h t " Anforderungen, die normalerweise an die Imprägniermittel gestellt werden Die Bewertung der Imprägniermittel hinsichtlich der Geeignetheit f ü r die Imprägnierung der Kleinstankerwicklungen Zusammenfassung: Richtlinien u. Einsatzerfahrungen f ü r die praktische Anwendung des Träufel-

448 449 452 452

452 452 467 467 467 468 468 468 469 470 471

472 472 474 475 493 477 477 478 478

479

harz-Imprägnierverfahrens im Elektromaschinenbau 487 Vorteile des Träufelharz-Imprägnierverfahrens 487 Voraussetzungen f ü r die erfolgreiche Anwendung des Träufelharz-Imprägnierverfahrens 488 Topfzeit 489 Konstruktive Auslegung und Funktion des Imprägniergeräts 480 Wärmeleitvermögen des Träufelharzes 491 Gefüllte Träufelharze 491 Schutzmaßnahmen bei Anwendung des Träufelharzes 492 Kurze Richtlinien f ü r die Anwendung des Träufelharz-Imprägnierverfahrens im Elektromaschinenbau 492 Dynamische Auswuchtmaschinen 495—496 VII. Teil Die Instandsetzung und Neuwicklung von Klein- und Kleinstmotoren Wickeldatenarchiv f ü r Kleinstmotoren Ausführungsbeispiele von Kleinstmotoren 502, Die Bedeutung des Lackdrahtes und der Imprägnierung von Lackdrahtwicklungen Die Gütewerte der Lackdrähte . Imprägnierfeste Lackdrähte Imprägnieren von Lackdrahtwicklungen Blechschnitte für Kleinstmotoren Die verschiedenen Arten und Schaltungen für Kleinstmotoren Die Barkhausen-Schaltung f ü r Kleinstmotoren Die Verlegung der Schaltenden bei Kollektorankern Umwicklung von Gleichstrommotoren in Universalmotoren . Anker-Wickelmaschinen f ü r Kleinstanker Die Herstellung der Ankerwicklungen f ü r Kleinstmotoren . . . Das Abreißen der Schaltenden bei schnellaufenden Kleinankern . Das Blankmachen der Schaltenden bei Kollektorankern

499 501 503 504 505 506 508 510 511 512 512 527 527 528 529 530

XIII

Ersatz der Kollektoren bei Kleinstanker 534 Einphasen-Wechselstrommotoren mit Käfigläufer 534 Nicht abschaltbare AnlaufwicklungenbeiWechselstrommotoren 535 Schaltbilder f ü r Einphasen-Wechselstrommotoren 535—542 4 polige Einphasen-Zweischichtenwicklung nach Schorch 537 4 polige Einphasenwicklung 18 Nuten 538 Kondensator-Anlaufschaltungen . 540 Magnetische Kupplungen f ü r Einphasen-Asynchronmotoren . . . . 543 Bemessung der Anlauf-Kondensatoren f ü r Einphasenmotoren . 544 Sonderabhandlung über Staubsauger Was ist bei der Instandsetzung und Neuwicklung von Staubsaugern zu beachten Die Aufrechterhaltung des geräuscharmen Laufes Magnetische Störgeräusche Akustische Geräuschquellen . . . . Mechanische Geräusche Aufrechterhaltung des ursprünglichen Unterdruckes W a t t a u f n a h m e , Wassersäule und Luftfördermenge Maßnahmen zur Erhaltung der ursprünglichen Gütewerte . . . . Meßtechnische Erfassung des Unterdruckes 548, Kugellager-Abziehvorrichtung . . .

544 545 545 546 546 546 547 548 549 550

Anhang I Wickeldaten für Kleinstmotoren.. 553 Querschnitt durch eine elektrische Handbohrmaschine . . . 569 Anhang II Die „Regeln f ü r elektrische Maschinen", REM, V D E 0530/3.59 und ihre Bedeutung f ü r den Elektromaschinenbau 572 Auszug aus den Regeln für die Bewertung und Prüfung elektrischer Maschinen, REM 0530/ XII 37 u. REM 0530/7. 55 . . . . 582 Besondere Vorschriften f ü r Instandsetzungsarbeiten § 50, §84 601, 511

XIV

Anhang III: Tabellen Normwerte f ü r Wirkungsgrad und Leistungsfaktor offener Drehstrommotoren 147—148 Nennströme, Leerlauf- und Kurzschlußströme neuzeitlicher Drehstrommotoren 151 Stromverbrauch PS der Gleichstrommotoren 171 Nutenzahlen f ü r DreiphasenGanzlochwicklungen 198 Die Ausführbarkeit von Dreiphasen-Bruchlochwicklungen . . 201 Polzahlen und Drehzahlen (2—80 Pole) bei 50 Hz 213 Verteilung der Spulengruppen auf die Nuten bei 8 pol. DreiphasenEinschicht-Bruchlochwicklungen 216 Aufteilung der Spulengruppen auf die Nuten, bei 4pol. EinschichtZweietagenwicklungen 217 Verteilung der Spulengruppen bei 4 pol. Zweischichtenwicklungen (Bruchloch) 221 Verteilung der Spulengruppen bei 8pol. Zweischichten-Bruchlochwicklungen 222 Aufstellung einer Wickeltabelle f ü r eine 6 pol. DreiphasenBruchlochwicklung, 27 Nuten. 223 Drehstromläufer-Stabwicklungen 248, 249, 253 Aufstellung einer Wickeltabelle f ü r Drehstromläufer-Stabwicklung 84 Nuten, 8 polig 262 Aufstellung einer Wickeltabelle f ü r Drehstromläufer-Stabwicklung 60 Nuten, 120 Stäbe 8 polig 265 Lohnkosten f ü r DreiphasenTräufelwicklungen 275 Ein- und Mehrlochwicklungen f ü r Drehstrommotoren 318 Schaltmöglichkeiten bei Dreiphasen-Zweischichtenwicklungen . . 319 Die prozentuale Erhöhung der Leiterzahlen bei der Anwendung gesehnter Wickelschritte 349 Umrechnung der Drahtstärken bei Verwendung von mehreren parallelen Leitern bei Anker- und Magnetwicklungen 426 Durchmesser, Querschnitt blanker Kupfer-Runddrähte 427

Stromverbrauch der Gleich- und Drehstrommotoren 0,19 bis 130 kW, 110—500 Volt Nutenzahlen bei Drehstrommotoren Nutenzahlen f ü r Dreiphasen-Käfigläufermotoren nach Prof. Richter Die Größe der Anlaufkondensatoren für Einphasen-Wechselstrom-Asynchronmotoren Unterdrucke bei Staubsauger (Ursprungswerte)

428 433 437 544 551

Fabrikat Mauz

!Y

Abb. 23. Einschicht-Wicklung in 3-Etagen-Anordnung

insgesamt 3 Spulen

21

Abb. 27. Zweischichtenwicklung mit Spulen ungleicher Weite Überlappter Einbau der Anfangsspulen

22

23

I.Etage

E.Etage

r r r 0 o o o X w Abb. 30. Zweischichtenwicklung in 3-Etagen-Anordnung aus Mehrfachspulen ungleicher Weite (günstigste Raumausnutzung)

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schneiden. Es wird hierdurch erreicht, daß die vorstehende Nutenisolation beim Anziehen des Wickeldrahtes nicht einreißt. Weiter ist darauf zu achten, daß die untere Wölbung dieser Hölzer etwas tiefer liegt als der Nutengrund, damit ein Abstand zwischen den unteren und oberen Gruppen gewahrt bleibt. Die Formhölzer können nach kleiner Abänderung auch bei der Herstellung der oberen Gruppen benutzt werden.

Abb. 31. Röhrengekühlter Drehstromstator 330 kW 5000 V 4-polig mit Durchsteckwicklung; Wickelköpfe in Gießharzausführung (Werkbild: H . S c h ü m a n n , Lübeck)

In allen Fällen muß darauf geachtet werden, daß für die Drahtwindungen der praktisch mögliche kürzeste Weg gewählt wird. Große Bogen müssen tunlichst vermieden und jede Windung muß möglichst fest angezogen werden. Da die Form der Gruppen bei den verschiedenen Erzeugnissen der baulichen Ausführung des Gehäuses und der Lagerschilde jeweils angepaßt werden muß, so wickle man stets erst eine Gruppe fertig und prüfe hierauf durch Anpassen der Lagerschilde den Abstand zwischen Wicklung und

25

Eisen. Vorzugsweise bei den Motoren von 0,5 bis etwa 50 PS ist diese Probe erforderlich. Bei größeren Maschinen liegen die Platzverhältnisse im allgemeinen günstiger. Während für die ersteren heute fast ausschließlich die halbgeschlossene Nutenart angewandt wird und die einzelnen Drähte von oben durch den Nutenschlitz in die Nute eingelegt werden, besitzen die zuletzt genannten

mm

Abb. 33. Umwicklung eines Drehstrom-Hochspannungs-Schleifringläufer-Motors 500 kW, 7000 Volt, 50 Hz, 500 U/Min. für: 250 kW, 5000 Volt, 50 Hz, 250 U/Min. Stator: Dreiphasen-Einschicht-Zweiebenen-Wicklung mit Spulengruppen ungleicher Weiten. 144 Nuten, 24 Pole, total 36 Spulengruppen in Zweilochanordnung (Qanzlochwicklung). (Werkbild: A. Profitlich, K. G. Siegburg/Rhld).

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nahezu geschlossene Nuten. Die Windungen werden durch geschlossene Isolationsröhren einzeln durchgezogen, wie dies in Abb. 33 zu ersehen ist. Es handelt sich hier um einen Drehstromständer für einen 250 kW-PS-Motor, 5000 Volt, 250 Umdrehungen, der Allgemeinen El. Ges. AEG. Diese Wicklungsart unterscheidet sich von den bisher abgebildeten dadurch,

A b b . 34. R o t o r zu A b b . 33 (Werkbild A. P r o f i t l i c h , Siegburg)

daß die einzelnen Gruppen zur Hälfte als obere und zur Hälfte als untere Gruppen nacheinander eingewickelt werden. Es ist selbstverständlich, daß auch die Anordnung der einzelnen Gruppen entsprechend der Darstellung in Abb. 35 gewählt werden kann, ohne die Wirkungsweise der Wicklung zu ändern. Die Wicklungsart Abb. 33 gewährleistet vorzügliche Kühlung, weil die Luft alle Wicklungselemente gleichmäßig bestreicht.

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Bei Hochspannungsmaschinen werden die einzelnen Drahtlagen innerhalb der Nuten durch Preßspanstreifen voneinander isoliert. Auch außerhalb der Nuten pflegt man in gleichem Sinne zu verfahren. Die Draht-

Abb. 35. N e u w i c k l u n g eines D r e h s t r o m m o t o r s S S W , 250 k W , 146 n, 2000 Volt (Werkbild: Hermann Wunderlich, Weidenau)

bündel einer Nute werden außerdem mit Ölleinen und Leinenband bewickelt, wie auch aus Abb. 35 zu ersehen ist. Bei Motoren solch bedeutender Abmessungen sind die Ständer geteilt. Die Schlußgruppen werden erst nach beendetem Aufbau und nach Einbauen des Läufers eingewickelt. 29

Abb. 36.

Abstandstücke aus Hartholz

Die AEG. bereitet diese Schlußgruppen vielfach derart vor, daß dieselben als halbe Gruppe in die Nuten gesteckt werden.

Abb. 37.

Ständer eines Turbo-Generators, 2polig, Drehzahl 3000

Die einzelnen Windungen werden auf der einen Seite des Ständers durch Profilmuffen verbunden, verlötet und voneinander mit Ölleinen isoliert. Eine recht sauber ausgeführte Drehstromwicklung zeigt die Abb. 32. Der Ständer gehört zu einem Drehstrommotor der Firma Brown, Boveri & Co., Mannheim. Die oberen Spulengruppen sind derart geformt, daß die Drahtbündel beim Austritt aus den Nuten

Abb. 38. Ständer eines Hochspannungs-Drehstrommotors 1000 kW, 3000 U/Min. 5250 V, 50 Hz Dreiphasen-Zweischichten-Formspulenwicklung mit Spulen gleicher Weite, Baujahr 1962 (Werkbild: Loher & Söhne, Ruhstorf-Rott)

mit kurzem Knick parallel mit der Rundung des Ständers laufen. Der zwischen jedem Drahtbündel vorhandene L u f t r a u m bezweckt gute Isolation und Kühlung. Die Schaltverbindungen zwischen den einzelnen Gruppen müssen der Betriebsspannung entsprechend isoliert und möglichst mit Abstand von der Wicklung und dem Gehäuse angeordnet werden.

31

Um die ganze Schaltung festliegend anzuordnen, sind die in Abb. 36 abgebildeten zweiteiligen Holzklammern zu empfehlen. Dieselben werden nach Aufnahme der Schaltdrähte durch eine Kordelbandage zusammengehalten und erfüllen ihren Zweck in durchaus geeigneter Weise. Bei Maschinen mit hohen Umlaufzahlen ist besonderer Wert auf eine dauerhafte Befestigung der einzelnen Gruppen zu legen. Die durch Bolzen und Laschen bewirkten Versteifungen haben den Zweck, die von den einzelnen Leitern aufeinander ausgeübten mechanischen Kräfte, deren Größe von dem Maschinenstrom usw. abhängt, auszugleichen. Abb. 37 zeigt einen Turboständer der Firma Poege, Chemnitz. Die einzelnen Gruppen haben eine besonders große Ausladung, weil die Maschine zweipolig (3000 n/min. bei 50 Hz.) ausgeführt ist. Da die vom Strom durchflossene Wicklung das Bestreben hat, ihre Flächen zu vergrößern, so können bei einem etwaigen Kurzschluß im Netz Auf bauchungen der außerhalb der Nuten liegenden Wicklungselemente entstehen, die durch die erwähnten Versteifungen begrenzt werden. Die Drahtbündel der einzelnen Nuten sind auch hier wieder durch Einfügen von Abstandsstücken voneinander getrennt, um Kühlung und Isolation zu verbessern. Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, daß der Erbauer mit großer Sorgfalt auf die Form, Ausführungsart und Befestigung der einzelnen Gruppen usw. achtet. Bei einer Instandsetzung muß in Erkenntnis der angestrebten Vorteile unter allen Umständen vermieden werden, daß etwa durch oberflächliche Arbeit die baulichen Vorzüge zerstört werden. Es kommt nicht allein darauf an, daß die richtige Windungszahl und der richtige Drahtquerschnitt usw. gewählt wird. Auch die scheinbar unwesentlichen Kleinigkeiten müssen als wichtige Bedingungen und Vorzüge erkannt und beibehalten werden. Da aus Raummangel auf eine Besprechung sämtlicher Fabrikate nicht eingegangen werden kann, so sei dem mit der Neuwicklung oder Instandsetzung beauftragten Fachmann für alle Fälle empfohlen, stets die Eigenart der Ursprungswicklung vor dem Abbau eingehend zu untersuchen. Niemals sollte man ein Wicklungselement entfernen, ohne die Form und die Ausführungsart vorher geprüft zu haben.

32

II. T e i l

Hilfswerkzeuge und die Anwendung derselben in der Ankerwickelei A. Bandagieren Die technisch richtige Befestigung der Läuferwicklung kann für den betriebssicheren Lauf einer Maschine von ausschlaggebender Bedeutung sein. Soweit Bandagen aus verzinntem Stahldraht usw. hierfür in Frage kommen, ist zu beachten, daß der Durchmesser des Stahldrahtes, die Festigkeit des Materials, die Breite und Anzahl der Bandagen von der Größe der Zentrifugalkraft abhängt, die bei dem umlaufenden Ankerkörper an dem Umfang desselben auftritt. Im allgemeinen ist die Anzahl dieser Bandagen durch die bauliche Ausführung des Ankers gegeben. Auch die Breite derselben, die notwendige Drahtstärke sowie die Festigkeit des Materials können bei normalen Maschinen ohne sonderliche Schwierigkeiten an Hand der Ursprungsausführung leicht festgestellt werden. Fehlen die Angaben vollständig, so ist in Zweifelsfällen stets zu empfehlen, die Stärke des Drahtes besser zu stark als evtl. zu schwach zu wählen. Selbstverständlich soll der Außendurchmesser der Bandagen nicht größer als der Ankerdurchmesser sein. Allerdings tritt bei glatten Gleichstromankern eine Ausnahme ein. Hier bietet aber der lichte Durchmesser des Magnetgestelles im allgemeinen einen Anhaltspunkt über die höchstzulässige Drahtstärke der Bandagen. Es ist darauf zu achten, daß stets der notwendige Luftabstand zwischen Anker und Magnetgestell gewahrt bleibt. In besonders schwierigen Fällen kann man mäßige Aussparungen an den Magnetkernen in der Breite der Bandagen vornehmen. Eine allgemeine Vergrößerung des Luftabstandes zwischen Anker und Polschuhen dadurch, daß die Polbohrung durch Ausdrehen vergrößert wird, ist nicht zu empfehlen, weil das Magnetfeld hierdurch geschwächt wird. Der Anker würde eine höhere Umdrehungszahl machen, und die Streuung würde größer werden. Für Bandagen verwende man nur verzinnte Stahldrähte, die ausdrücklich als Bandagendrähte von leistungsfähigen Firmen angeboten werden. Diese Drähte besitzen die geforderten Eigenschaften (Festigkeit usw.). Bei Ankern mit hohen Umdrehungszahlen (Turbogeneratoren usw.) wird die Wicklung in den Nuten durch Keile festgehalten. Außerhalb der 3 R a s k o p , Katechismus, 14. Aufl.

33

Nuten werden die Wickelköpfe durch Buchsen aus Spezialbronze, evtl. außerdem durch doppelte Stahlbandagen zusammengehalten. Abb. 39 zeigt eine Vorrichtung, die erfolgreich beim Aufziehen der Bandagen zum Einsatz gelangen kann. Mit Hilfe von Spannbändern werden die Wickelköpfe zusammengeschnürt, bevor mit der Bandagierarbeit begonnen wird. Die als Isolation zwischen Bandage und Wicklung zur Verwendung kommenden Preßspanstreifen müssen an den Ansatzstellen so abgeschrägt (verjüngt) werden, daß die Überlappung die Stärke der Isolation nicht überschreitet (Abb. 40). Es ist empfehlenswert, an diesen Stellen ein Stück Glimmer unterzulegen. Die Preßspanstreifen werden nach dieser Vorbereitung um die Wicklung gelegt, mit einem Kupferdraht oder Bindfaden befestigt und parallel zu dem Ankerkörper ausgerichtet. Um ein richtiges Auflaufen des Bandagendrahtes zu erreichen, können mit einem Spitzzirkel parallele Linien auf den Preßspanstreifen angerissen werden. Der gleichmäßige Abstand der Bandage von der Außenkante des Preßspanstreifens und somit die parallele Anordnung der Bandage zum Ankerkörper wird durch diese Maßnahme erleichtert. Geschieht das Bandagieren auf der Drehbank, so kann die parallele Anordnung der Preßspanstreifen durch beschleunigte Umdrehung des Ankers nachgesehen und evtl. verbessert werden. Bei dieser Gelegenheit können auch die einzelnen Ankerspulen, falls erforderlich, nachgerichtet werden. Im allgemeinen wird man jedoch den Anker in Böcke etwa nach Abb. 41 lagern und auf der Achse ein Drehkreuz oder einen Hebel aufschrauben. Die parallele Anordnung der Preßspanstreifen muß in diesem Falle gewöhnlich durch Abmessen der einzelnen Zwischenräume von der Stirnfläche des Ankers aus erreicht werden. Zur Kontrolle genügen gewöhnlich einige beschleunigte Umdrehungen des Ankers. Der Bandagendraht soll stets auf einer geeigneten Haspel befestigt werden. Das Ablassen der einzelnen Drahtwindung von Hand bringt den großen Nachteil mit sich, daß sich die Drahtlagen sehr leicht ineinander verschlingen. Der ordnungsmäßige Verlauf des Arbeitsvorganges wird hierdurch gestört und viel nutzlose Zeit verschwendet. Das Anspannen des Bandagendrahtes wird in geeigneter Weise wie folgt erreicht. Ein starker Strick wird am Boden befestigt und mehrmals um den auflaufenden Bandagendraht geschlungen. Die Spannung des Drahtes kann auf diese Weise wie erforderlich reguliert werden. Bevor man den Bandagendraht auf den Preßspanstreifen auflaufen läßt, legt man zunächst etwa 2 Windungen direkt über die Wicklung, um diese möglichst fest zusammenzuziehen. Gibt die Wicklung hierbei noch wesentlich nach, so wird man den Preßspanstreifen erneut befestigen müssen. Hierauf wird der Draht auf den Preßspanstreifen geleitet. s*

35

Bei der zweiten Drahtwindung sorgt man durch sorgfältiges Klopfen mit einem Holzhammer dafür, daß die Wicklung sich nachsetzt. Unterläßt man diese Maßnahme, so kann es vorkommen, daß die ersten Drahtwindungen während des weiteren Verlaufes der Arbeit sich merklich lockern. Das Ablöten der Bandage geschieht stets an der Ausgangsstelle. Die vor Beginn der Bandagierarbeit unterlegten Streifen aus Messing- oder Kupferblech sind auf dem Umfang der Wicklung gleichmäßig verteilt. Nach Fertigstellung einer Bandage werden die Streifen abgeschnitten, umgeklappt und verlötet. Vor Beginn der gänzlichen Verlötung der einzelnen Drahtlagen ist es empfehlenswert, jede Bandage erst an etwa 4—6 Stellen behelfsmäßig mit Lötzinn zu heften. Größere Anker von etwa 200-PS-Leistung ab wird man bei einer Instandsetzung im Gehäuse liegen lassen und nur den oberen Gehäuseteil entfernen. Dies wird in den meisten Fällen schon deshalb zweckmäßig sein, weil die Ankerwelle vielfach mit der angetriebenen Maschine durch eine Kupplung verbunden oder aber mit einer schweren Schwungscheibe befestigt ist. Das Bewegen des Ankers beim Bandagieren kann durch Friktionsantrieb nach Abb. 42 oder, falls ein Kran vorhanden, nach Abb. 43 geschehen.

Abb. 43. Bandagieren eines großen Drehstromläufers 38

Nach Abb. 42 würde man einen mit Holzscheibe ausgerüsteten Elektromotor an die Schwungscheibe oder Kupplung der Maschine setzen und das Anlassen des Motors mittels Kontroller bewerkstelligen. Nach Abb. 43 verfährt man in der Weise, daß ein kräftiges Seil mehrere Male um die Kupplung oder Schwungscheibe gelegt und der Anfang hieran befestigt wird. Das Ende des Seiles wird mit dem Kranhaken befestigt und durch Betätigung des Hubmotors dann die gewünschte Bewegung des Arbeitsstückes ausgeführt. Rotorbandagen aus Glasfaserband* Anstelle der bisher bei umlaufenden Wicklungsträgern angewandten Stahldrahtbandagen werden seit einigen Jahren in den USA solche aus vorimprägniertem Glasfaserband mit Erfolg angewandt (Abb. 44). Als Bandagenwerkstoff wird ein Glasfaserband verwendet, welches aus längsgerichteten, verdrillten Glasfasern in Verbindung mit lösemittelfreiem Polyesterharz hergestellt wird. Der mechanische Zusammenhalt der Glasfasern erfolgt somit durch das Bindemittel „Polyesterharz". Der Harzgehalt der Glasfaserbänder, die in verschiedenen Breiten und Typen zur Verfügung stehen, liegt bei etwa 25—30%. Diese Glasfaserbänder werden — je nach Type — im Kalt- oder Warm verfahren auf den Wickelköpfen der Rotoren unter entsprechender Zugbeanspruchung angeordnet und erhalten durch die anschließende thermische Behandlung (Aushärtung des Polyesterharzes) ausgezeichnete Eigenschaften und Gütewerte, die denjenigen der bisher üblichen Stahldrahtbandagen zumindest gleichwertig, in verschiedener Hinsicht sogar erheblich überlegen sind. Das ausgehärtete Glasfaserband hat eine thermische Beständigkeit, die der VDE-Vorschrift 0 530/3. 59, Wärmeklasse — F — (155° C) entspricht. Die Wicklungstemperaturen in den Nuten können höher sein,

Abb. 44.

Gleichstromanker beiderseitig mit Glasfaserband bandagiert

*) Micafil-A.G. Zürich.

so daß die Glasfaserbandagen auch in der Wärmeklasse — H — (180° C) verwendet werden können. Der Stahldraht ist ein magnetischer Werkstoff. Unter dem Einfluß des magnetischen Kraftflusses können unerwünschte, hohe Erwärmungen in den Stahldrahtbandagen entstehen, die zur Auflösung der Lötung und zur Totalzerstörung der Wicklungen führen können.

Abb. 4 5 . Bandagieren mit Endflansch. 1 Wickelkopf; 2 Endflansch; 3 Glasbandage; 4 Haltevorrichtung für Endflansch

1k

Abb. 4 6 .

40

3 Fixierende Bandage über den Enden der Haltebänder

Das Glasfaserband ist ein nichtmagnetischer Werkstoff und beseitigt diese Gefahr. Die ausgehärteten Glasfaserband-Bandagen sind tropenfest. Dieselben können außerdem ohne Zwischenlagen — direkt auf den Wickelköpfen — angeordnet werden. Die bisher üblichen Zwischenlagen aus Preßspan, Mikamaterial u. a. fallen fort. Die Glasfaserbandagen benötigen nicht mehr Raum als Stahldrahtbandagen einschließlich Zwischenlagen. Bei Eintritt von Wicklungsschäden (thermische Zerstörung etwa durch Windungs- oder Lagenschluß) bleibt — bis auf die Schadensstelle— die volle Haftung zwischen Bandage und Wickelkopf bestehen. Das Glasfaserband erfordert keine ebene Auflagefläche. Es schmiegt sich Unebenheiten an und geht eine homogene Verbindung mit der Wicklungsoberfläche ein. Der Kostenaufwand für die Herstellung der Glasfaserbandagen ist etwa um 1 / 3 geringer als diejenigen bei Stahldrahtbandagen. Berechnungsverfahren für die Umrechnung vorgefundener Stahldrahtbandagen in Glasfaserbandagen sind ausgearbeitet worden. Aus Nomogrammen können die Werte für die erforderlichen Windungszahlen der Glasfaserbandagen entnommen werden 1 ). 1

3

2

Abb. 47. Bandagieren mit Metallringhälften. 1 zweiteiliger Metallring; 2 Klebeband zur Fixierung der zwei Metallringhälften; 3 Glasfaserbandagen Fachliteratur: Mica-Nachrichten, MNM 5 7 / 7 d , Juli 1963. Fachzeitschrift „ E M A " Die elektrische Maschine, Jahrgang 1963, H e f t Nr. 9.

41

Das bezieht sich auch auf den Neuentwurf von Rotoren. Tabellen über die Zerreißfestigkeit je Wdg/kg bei bestimmten Bandbreiten, und zwar im Anlieferungszustand und nach der Aushärtung der Glasfaser werden in der Regel von den Herstellern der Glasfaserbänder zur Verfügung gestellt. Die imprägnierten Glasfaserbänder werden u. a. auch bei Zweischichten-Ständerwicklungen für die Verfestigung der Wickelköpfe angewandt (Abb. 48). Die dynamische Auswuchtung umlaufender Wicklungskörper mit Glasfaserbandagen ermöglicht die Anordnung der Ausgleichgewichte unmittelbar an den Glasfaserbandagen. Als Ausgleichgewichte wird eine knetbare Kunststoffmasse, bestehend aus Eisenpulver und

Abb. 48. Zweischichten-Ständerwicklung mit vorimprägniertem Glasfaserband umbandelt

schnellhärtendem Epoxydharz, verwendet. Bekanntlich hegen die Wuchtfehler bei umlaufenden Wicklungskörpern vorwiegend außerhalb der Blechpakete, nämlich in den beiden Wickelköpfen. 42

Die Auswuchtmasse wird abgewogen und auf die Wickelköpfe geklebt. Im Ablauf des thermischen Härteverfahrens wird die aufgetragene Wuchtmasse mit den Wickelköpfen haftfest verbunden. Diese Wuchtmethode bietet zweifellos den großen Vorteil, daß die Ausgleichgewichte an den Stellen angeordnet werden können, wo die Wuchtfehler Hegen.

B. Die wirtschaftliche Herstellung von Lötverbindungen Die sachgemäße Betrachtung des Lötvorganges zeigt, daß die zur Verlötung zusammengebrachten Metallteile bis zur Schmelztemperatur des Zinnes erhitzt werden müssen, und zwar dadurch, daß die von dem Lötkolben entwickelte Hitze durch Berührung auf die Metallteile übertragen wird. Diese notwendige Erhitzung der Metallteile wird um so schneller erreicht, je größer die Auflagefläche des Lötkolbens auf das Arbeitsstück und je inniger die Verbindung der zu verlötenden Metallteile unter sich ist. Da in der Ankerwickelei mit der Reihenherstellung einer großen Anzahl Lötstellen gerechnet werden muß und kontaktsichere Lötstellen hier von ganz außerordentlicher Wichtigkeit sind, so erscheint es angebracht, einige praktische Winke für die wirtschaftliche Herstellung der Lötverbindungen an dieser Stelle anzuführen. Um zwei Metallteile so miteinander durch Verlötung zu verbinden, daß die Berührungsstellen eine Kontaktsicherheit gewährleisten, die der in den Leitern fließenden Stromstärke entspricht, ist es Grundbedingung, daß die Metallteile frei von Niederschlägen sind. Die Anlageflächen müssen also nicht allein frei von Zunder und Schmutz, sondern auch praktisch frei von Niederschlägen sein, die sich während der Lagerung des Metalles an dessen Außenflächen bilden. Um dieser Bedingung zu entsprechen, müssen die Metallteile, bevor dieselben zur Verlötung zusammengebracht werden, blankgescheuert oder besser mit einem Zinnüberzug versehen werden. Die Schaltenden einer Gleichstromankerwicklung sowohl als auch die Schlitze der Kollektorlamellen, werden daher zweckmäßig in einem Zinnbad verzinnt. Um Zeit- und Materialersparnis zu erzielen, nimmt man gerne von dieser Maßnahme Abstand. Berücksichtigt man jedoch, daß die Herstellung der Lötverbindungen zwischen verzinnten Metallteilen bedeutend schneller und vor allen Dingen kontaktsicherer vor sich geht, so treten die eben erwähnten scheinbaren Vorteile nach sachlicher Erwägung in den Hintergrund. Das für Gleichstromanker Erwähnte gilt natürlich auch für Drehstromstabläufer, kurzum für alle Lötstellen, die an den Wicklungen elektrischer Maschinen usw. hergestellt werden müssen. Die verzinnten Metallteile müssen zwecks Verlötung möglichst fest untereinander verbunden sein, damit die von dem Lötkolben entströmende Hitze gut fortgeleitet wird. 43

Um eine möglichst große Auflagefläche des Kupferkolbens zu erhalten, ist dem letzteren eine geeignete Form zugeben. Abb. 50 a u . b zeigt eine ungeeignete Kolbenform und eine unsachgemäße Befestigung der Schaltdrähte mit der Kollektorlamelle.

/pr

0

0

b

c

Abb.50. Falsche und richtige Lötkolbenform

Die geringe Auflagefläche des Kolbens und die lockere Lage der Schaltdrähte stellen die wirtschaftliche Herstellung kontaktsicherer Lötstellen in Frage. Die Kolbenhitze wird nicht in geeigneter Weise auf die zu verlötenden Metallteile übertragen, auch wird die Hitze zwischen den Metallteilen wegen der lockeren Lage der Drähte nicht gut weitergeleitet. Die auf diese Art hergestellten Lötverbindungen haben den Nachteil, daß die Herstellung derselben bedeutend mehr Zeit in Anspruch nimmt als notwendig und daß die KontaktAbb. 51. sicherheit in Frage gestellt ist. Abb. 50 b u. d zeigt die zweckLötverbindung mäßige Anordnung der Schaltdrähte in der Kollektor- an einem Drehlamelle und die richtige Kolbenform. Ähnlich liegen die stromläufermit Verhältnisse bei der Abb. 50 c u n d d. Es handelt sich hier Stabwicklung um Lötverbindungen an einem Kollektor mit Fahnen. Bei Drehstromstabläufern ist darauf zu achten, daß die Zwischenlage zwischen dem oberen und unteren Stab in der Hülse eingefügt wird (Abb. 51).

45

Die Zwischenlage stellt die metallische Verbindung zwischen den Stäben und der Hülse her und beschleunigt somit die Übertragung der Kolbenhitze auf die einzelnen Metallteile. Während die Lötverbindungen nach Abb. 50a in senkrechter Stellung der Lamelle hergestellt werden, wird man diejenigen nach Abb. 50 c und d in waagerechter Lage der Lamelle herstellen.

C. Die Entfernung des vorstehenden Glimmers zwischen den Lamellen eines Kollektors Nach längerer Betriebszeit einer Gleichstrommaschine kann man häufig die Wahrnehmung machen, daß die Glimmersegmente über der Lauffläche

hervorragen. Diese Erscheinung hat ihre Ursache in der ungleichen Härte des Glimmermaterials gegenüber der des Lamellenkupfers. Das Kupfer wird schneller abgeschliffen als der Glimmer, so daß durch die vorstehenden Glimmersegmente die Kontaktverhältnisse zwischen den Bürsten und den Kollektorlamellen unsicher werden. Es tritt dann starke Funkenbildung am Kollektor auf, durch die das Kupfer sehr schnell angegriffen wird.

46

Abb. 53. Handwerkszeug zum Ausfräsen des Glimmers an Kollektoren (Werkbild: O. Suhner GmbH., Säckingen/Bad.)

Abb. 54. Maschinelle Entfernung des Glimmers an Kollektoren (Werkbild: O. Suhner GmbH., Säckingen/Bad.)

Der Kollektor muß in solchen Fällen abgedreht werden, und der Glimmer wird nunmehr einige Millimeter mit Hilfe einer geeigneten Vorrichtung ausgefräst. Es ist darauf zu achten, daß die Breite der Säge der Stärke der Glimmerlamellen entspricht und der Rücken nach oben zu schmaler wird. Die Fa. O. Suhner stellen zu diesem Zweck eine elektrisch betriebene Fräsvorrichtung vor, die in Abb. 53 dargestellt ist. 47

Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem gegossenen Metallrahmen und zwei Handgriffen. In dem U-förmigen Ausschnitt ist ein Schlitzfräser gelagert, der durch einen kleinen Elektromotor mittels Gelenkwelle angetrieben wird. Der durch Schrauben verstellbare Sockel des Metallrahmens kann dem jeweiligen Kollektordurchmesser angepaßt werden. Ein konisch gehaltenes Backenstück an dem Sockel des Rahmens sorgt für die Führung des Fräsers.

D. Die Herstellung der Nuten-Isolation Bei dem Aufbau der Wicklungsisolation steht die Nutenauskleidung im Vordergrunde. Unter Bezugnahme auf die VDE-Werkstoffklassen 0530 / 7. 55 Tafel 3 1 ) verlangt man im neuzeitlichen Elektromaschinenbau von den in Betracht kommenden Isolierstoffen etwa folgende Eigenschaften: 1. Schmiegsamkeit, Knickfestigkeit, Reißfestigkeit, Druckfestigkeit. 2. Feuchtigkeitsbeständigkeit gemäß Wasserlagerung VDE, 0360. 3. Hoher Wärme-Durchgangswiderstand gemäß VDE, 0360. 4. Hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit. 5. Möglichst gute Wärmedurchlässigkeit und Wärmeleitfähigkeit. 6. Beständigkeit gegen tropische und subtropische Einflüsse (Infektionen durch Spaltpilze, Mikroben und gegen Termitenfraß). 7. Möglichst dünnwandige Schichtisolation bei ausreichenden dielektrischen Eigenschaften. 8. Kriechstromfestigkeit. Maßgebend für die jeweils in Betracht kommenden Wandstärken ist die Betriebsspannung, die Frequenz, die Kurzschlußbeanspruchung der Wicklungen (mechanische Drucke infolge des Auftretens hoher Ströme und Belastungsschwankungen usw.) und bei umlaufenden Wicklungen (Anker-/Läuferwicklungen) die Größe der jeweils auftretenden Fliehkräfte. In jedem Falle ist die mehrschichtige Nutenisolation vorzuziehen. Die Isolierstoffhersteller bieten für den Aufbau der Nutenisolationen etwa folgende Isolierstoffe an: a) Preßspan, Edelpreßspan, imprägnierten Preßspan, imprägnierte Papiere, b) imprägnierte Textilgewebe (Ölleinen, Ölseide, Perlongewebe) für die Werkstoffklassen Y , A, E . Regeln für elektrische Maschinen V D E , R E M , 0 5 3 0 / 7 . 56, Tafel 3. S 21. Klassen Y, A, E , B, F . H, C.

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c) Glasgewebe, Asbestgewebe, Glimmer (Mikafolien und Samikafolien) für Werkstoffklassen B, F, H, C. d) Mehrschichtstoffe bestehend aus Preßspan / Kunststofffolien, Preßspan / Ölleinen (gerade und diagonal gewebt), Mikanit (Falzmikanit /Papier), Glasgewebe / Mikanit (Glasmikanit) Abb. 55. I s o l a t i o n s - K n i c k g e r ä t ( W e r k u. ä. Kombinationen. bild: H. Schümann, Lübeck) e) In der Ausarbeitung begriffen : Eloxierte bzw. lackierte Aluminiumfolien und Kombinationen: Alufolien / Kunststofffolien, Alufolien / Samikafolien als wärmeleitende, hochhitzebeständige, feuchtigkeitsbeständige und tropenbeständige Nutenisolationen. Feuchtigkeitsbeständigkeit: Thermische Beständigkeit Die Feuchtigkeitsbeständigkeit der Nutenisolationen hängt im wesentlichen von den mehr oder weniger hygroskopischen Eigenschaften der jeweils in Betracht kommenden Stoffe ab. Alle organischen Stoffe (Baumwolle, Zellwolle, Seide, Preßspan, Öl-Isolierlacke usw.) neigen mehr oder weniger zur Feuchtigkeitsaufnahme. Die auf dem Markt befindlichen Kunststoffolien (z. B. Triazetatfolien, Genothermfolien u. a. m.) zeichnen sich durch eine sehr geringe Wasseraufnahme aus und sind bis Werkstoffklasse Y — E verwendbar. Die neuerdings zur Verfügung stehenden Silikon-Isolierlacke und kunststoffmodifizierten Tränklacke auf Ölbasis, desgl. auch die Kombinationen „Glasgewebe/Silikonlacke" können bevorzugt für diejenigen Fälle empfohlen werden, wenn besonders hohe Ansprüche hinsichtlich der Feuchtigkeitsbeständigkeit gestellt werden. Für tropische und subtropische Beanspruchungen eignen sich anorganische Isolierstoffe besser als organische (Glasgewebe/Silikonlacke, Glimmererzeugnisse — Samikaerzeugnisse). Dasselbe trifft bei Wicklungen nach Werkstoffklasse B — C. 4

R a s k o p , Katechismus, 14. Aufl.

49

Abb. 56.

Abb. 59.

Abb. 60. Abb. 57. Abb. 5 6 : Naturglimmer Abb. 57. Glimmer Abb. 58. Dipotherm®-Glasgewebebänder und Schläuche Abb. 59. Kollektor-Fertigung Abb. 60. Dipotherm®-UGT-Gewebe Art. Nr. 6250 als WickelkopfIsolation (Werkbilder: Dielektra, Porz/Rhld.) Abb. 58.

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Wärmeleitfähigkeit

Der Gütewert „Wärmeleitfähigkeit" der Isolierstoffe hat erst in jüngerer Zeit eine besondere Bedeutung erhalten. In dem Bestreben, die Wicklungsstromwärme und die Eisenwärme (Verlustwärme) möglichst beschleunigt an das Kühlmedium (Kühlluft, Wasserstoffgas, Heliumgas, Kühlöl) abzuführen und hierdurch die Maße, Gewichte und den Werkstoffaufwand herabzusetzen, zwingt den Berechner und Gestalter elektrischer Maschinen, Transformatoren und Apparate auf Isolierstoffe zu achten, die eine möglichst gute Wärmeleitfähigkeit besitzen. Leider ist die Wärmeleitfähigkeit der organischen Isolierstoffe verhältnismäßig schlecht. Die Wärmeleitfähigkeit der anorganischen Isolierstoffe ist besser. Ein weiterer Fortschritt ist durch die Kombination „Aluminiumfolien/Kunststoffolien" 1 ) denkbar. Die an sich isolierende Eigenschaft der Aluminium-Eloxalschicht (entsteht bereits bei Zutritt von Luftsauerstoff und Licht an den Oberflächen der Aluminiumfolien) kann durch Anwendung spezieller Eloxierverfahren verbessert werden. Gleichzeitig kann man den Oberflächen eine dunkle (schwarze) Tönung verleihen. Zusätzlich können auch die Oberflächen der Folien einen IsolierlackÜberzug erhalten. Die aus den Nuten hinausragenden Teile werden zweckmäßig umgefalzt. Die Stabilität der Folien wird hierdurch erhöht und die Isolierfestigkeit an diesen Stellen verbessert. Für die Umbandelung von Wicklungselementen kommen Bänder aus Aluminuimfolie/Kunststoffolie in Betracht. Wärme-Durchgangswiderstand der Nutenisolationen

Die dielektrische Stabilität der Isolierstoffe wird von der Temperatur und von dem Grad der relativen Luftfeuchtigkeit beeinflußt. Es ist bekannt, daß beispielsweise die elektrische Durchschlagsfestigkeit und der Durchgangswiderstand aller organischen Isolierstoffe und Isolierlacke ganz erheblich abfällt, wenn die Betriebstemperatur an den Wicklungen eintritt bzw. wenn die relative Luftfeuchtigkeit höhere Werte annimmt. Ausschlaggebend für die Gütewertbestimmung der Isolierstoffe ist demnach nicht der Durchschlagswert bei 20 Grad C und trockener Raumluft, wie dies oft irrtümlich angenommen wird, sondern der Durchgangswiderstand bei Betriebstemperatur und der Wert nach Aufnahme der betriebsmäßigen relativen Luftfeuchtigkeit. *) Thermisolfolien D.B.P. angemeldet. 51

Bezogen auf die Wärmestauungen innerhalb der Wicklungen z. B. bei Käfigläufermotoren mit hoher Schalthäufigkeit, Drehrichtungswechsel und elektr. Bremsung, können im Innern der Wicklungen zeitweise (bei schwierigen Anlaßvorgängen) Temperaturen von etwa 130 bis 150 Grad auftreten. Je stabiler also die Isolierstoffe hinsichtlich des Wärmedurchgangswiderstandes sind, je wertvoller sind dieselben in bezug auf die Betriebssicherheit der Maschinen. Das gleiche trifft auf die Feuchtigkeitsbeständigkeit zu. Als interessantes Beispiel möge hier eingeschaltet werden, daß der Wärmedurchgangswiderstand der Silikon-Isolierlacke A b b . 61. H y d r a u l i s c h b e t ä t i g t e Mikaselbst bei sehr hohen Betriebsf o l i e n Presse ( W e r k b i l d : H. S c h ü m a n n , Lübeck) temperaturen nahezu unveränderlich ist. Infolge der außerordentlich hohen Feuchtigkeitsbeständigkeit dieser Lacke ist auch der Durchgangswiderstandswert fast unabhängig von der relativen Luftfeuchtigkeit. Nutenisolationen für hohe Betriebssicherheit und Hochspannungen Bei besonders schwierigen Betriebsverhältnissen z. B. in den Straßenbahnbetrieben, Chemischen Fabriken, Nebenproduktengewinnungsanlagen in Bergbaubetrieben u. ä. ist eine besonders sorgfältige Auswahl der Nutenisolationen ausreichend begründet. Die Aufmerksamkeit ist hier auf die thermische Stabilität und auf die Feuchtigkeitsbeständigkeit der Isolierstoffe hinzulenken. Hierbei ist allerdings zu berücksichtigen, daß eine Überdimensionierung der Wandstärken folgerichtig zu einer erschwerten Abgabe der Strom- und Eisenwärme führen kann. Eine überdimensionierte Wandstärke der Nutenisolationen kann also zu erhöhten Betriebstemperaturen an den Wicklungen führen. Hier sind demnach gewisse Grenzen gesetzt. Hochspannungsisolationen wurden ursprünglich und vorwiegend auch heute noch aus mehrschichtigen Mikafolien hergestellt. Hier handelt

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es sich in der Regel um geschlossene, röhrenartige Isolationen, die unter Druck und Hitze maßhaltig hergestellt werden (Einfädelwicklungen). Bekanntlich werden in den letzten Jahren auch Hochspannungsmotoren mit Käfigläufer in Leistungen bis 1000 kW und höher hergestellt. Die Ständerwicklungen dieser Motoren erhalten in der Regel Formspulenwicklungen in zweischichtiger Ausführung mit gesehntem Wickelschritt. In solchen Fällen wird die Nutenisolation direkt auf diejenigen Teile aufgebracht, die in den Nuten des aktiven Eisens zu liegen kommen. Diese Formspulenteile werden Abb. 62. Einbaufertig isolierte Ankermehrfach mit Mikafolien um- spule. Die beiden Spulenschenkel sind bandelt bzw. umwickelt und an- mit Mikafolie mehrfach umwickelt und schließend in einer beheizten Me- anschließend maßgerecht verbacken (Werkbild: Gehlen & Co., Krefeld) tallform unter (hydraulischem) Druck maßhaltig geformt. Zu diesem Zweck werden spezielle Maschinen und Geräte hergestellt, wie beispielsweise aus der Abb. 61 ersichtlich ist. Wenn es sich um Betriebsspannungen bis etwa 3000 Volt 50 Hz handelt, dann können die eben erwähnten Formspulenteile auch eine mehrfache Umbandelung mit Ölleinen, Kunststoffolienbänder und außerdem darüber noch einen Kunststoffmantel (Mischpolymerisate) erhalten. Liegt eine zweischichtige Ständerwicklung vor, dann sind die Ständernuten offen und werden nach Einbau der Spulen mit Hilfe eines Spezial-Keiles geschlossen.

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III. T e i l

Die praktischen Arbeitsvorgänge beim Bau elektrischer Maschinen Die sachgemäße Ausführung der Instandsetzungen an elektrischen Maschinen setzt eine gewisse Kenntnis der praktischen Arbeitsvorgänge beim Bau der Maschine voraus. Es sei daher nachstehend eine kurze Beschreibung über den Aufbau elektrischer Maschinen wiedergegeben, wobei ausdrücklich bemerkt wird, daß bei den Ausführungen weniger Wert auf die wirtschaftliche Herstellung als auf die Wiedergabe eines Arbeitsvorganges gelegt wird. Auch wurde der Übersichtlichkeit halber von einer Besprechung der mechanischen Bearbeitung einzelner Maschinenteile Abstand genommen und nur dasjenige erwähnt, welches für den Praktiker bei einer Instandsetzung von Wichtigkeit ist. Es wurde schon an anderer Stelle erwähnt, daß das aktive Eisenmaterial — also die magnetisch beanspruchten Teile einer Maschine — bei Wechselund Drehstrommaschinen ausschließlich, bei Gleichstrommaschinen im Anker immer, in den Feldmagneten größtenteils, aus Eisenblechen besteht. Dieses sogen. Dynamoblech wird in verschiedenen Qualitäten und Stärken hergestellt und einseitig, auf einer Maschine, mit Seidenpapier beklebt. Mit der Güte des Bleches sinken die Abmessungen des aktiven Eisenmaterials, weil das hochwertige Blech eine geringere Magnetisierung erfordert und daher auch höher gesättigt werden kann. Aus dieser Tatsache geht hervor, daß z. B. zwei 10-kW-Motoren mit gleichen Drehzahlen in ihren Abmessungen nicht gleichgroß zu sein brauchen, wenn bei den Maschinen verschiedene Blechqualitäten verwendet werden. Ganz abgesehen davon, daß die Abmessungen der Motoren von der Bauart und Umdrehungszahl usw. derselben abhängen, kann also auch die Güte des aktiven Eisenmaterials für die Größe der Maschine von ausschlaggebender Bedeutung sein. Es kann daher die Leistung eines Motors nicht nur nach der Größe desselben beurteilt werden, weil die Leistung bei Verwendung der besten Blechsorte bis zu 50% höher als bei Verwendung der geringsten Blechsorte sein kann. Die Qualität der Dynamobleche wird nach der Wattverlustziffer in Watt/kg angegeben. Die Wattverlustziffer beträgt bei 0,5 mm starken Dynamoblechen etwa 2—3,6 Watt/kg bei handelsüblichen Qualitäten.

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Gemäß DIN, VDE 6400 werden die Dynamobleche in Tafeln von 200 • 1000 mm auf den Markt gebracht. Die den DIN-Größen angeglichenen Tafeln sind im Drehstrommotorenbau nach wirtschaftlichen Gesichtspunkten (geringster Blechabfall) in sogenannte Ronden (Rundschnitte) zu verwandeln. Zu diesem Zweck werden die Tafeln auf einer Blechschere in Streifen geschnitten, und aus diesen Streifen werden mit Hilfe sogenannter

Abb. 63. Beispiel des Nutenverschlusses durch Anwendung raumsparender Nutenschieber „Dellite" (Werkbild: Deutsche Usines Diétriques & Le File Isolé Moderne, Köln)

Rondenschnitte die jeweils benötigten Außen-Ständerdurchmesser herausgestanzt, wobei gleichzeitig das Wellenloch mit Keilnute anfällt. Die Ständernuten können unter Einsatz besonderer Schnittwerkzeuge (Komplettschnitte) in einem Druck (auf schweren Exzenterpressen) hergestellt werden. Wegen der hohen Anschaffungskosten solcher Schnitte und andererseits infolge erheblicher Verbesserungen an den Starizmaschinen (bis zu ca. 1000 Hübe/Min.) wird das Verfahren nach Abb. 68 neuerdings allgemein bevorzugt. Anschließend werden auf gleiche Weise die Läufernuten gestanzt, worauf das Läuferblech — wiederum unter Verwendung eines Rondenschnittes — aus dem Ständerblech herausgetrennt wird.

Abb. 64. Neuzeitliche Stanztechnik im Elektromaschinenbau. Schuler-Schnelläuferpresse P 2 E S s 1 2 5 / 1 in Verbindung mit der Streifenzuführung. Folgeschnittverfahren (Werkbild: Schuler-AG., Göppingen)

Die fertig gestanzten Bleche werden hierauf zu Blechpaketen geschichtet und unter hohem Druck zusammengepreßt. Der einseitige Luftspalt zwischen Ständer und Läufer wird durch Abdrehen des Läufers (nicht durch Ausdrehen des Ständers) hergestellt. Für den letzten Schliff werden Schleifmaschinen verwendet. Von der Größe des Luftspaltes zwischen Ständer und Läufer hängt der Leistungsfaktor und Wirkungsgrad im entscheidenden Maße ab. Der vom Hersteller festgelegte Luftspalt darf daher — etwa gelegentlich einer Instandsetzung oder Neuwicklung — nicht vergrößert werden, wie das aus Unkenntnis leider öfter geschieht, wenn infolge Lagerschäden der Läufer das Ständereisen berührt hat und Beschädigungen am Blechpaket eingetreten sind. In solchen Fällen müssen die Läuferbleche vollständig ersetzt und hierbei muß dann der ursprüngliche Luftspalt eingehalten werden. Größere Ständer und Läufer werden aus geteilten Blechen zusammengesetzt. In Abb. 71 wird diese Arbeit an einem Drehstromständer ausgeführt. 56

Abb. 65.

Mechanische Bearbeitung der passiven Bauteile elektr. Maschinen (Werkbild: A. van Kaick,

Frankfurt)

Das Bekleben bzw. Lackieren von Dynamound Transformatorenblechen Zum Zwecke der Herabsetzung der Eisenverluste wurden die Dynamo- und Transformatorenbleche ursprünglich und auch vielfach z. Zt. noch einseitig mit Seidenpapier beklebt. Sofern für den Klebvorgang wasserhaltige Klebemittel zur Anwendung kommen, besteht die Gefahr der Rostbildung. Andererseits sind durch die Heraufsetzung der Temperaturgrenzwerte (REM, V D E 0530 / 7. 55 die im Innern des aktiven Eisens zulässigen Temperaturen auf 105 bzw. 120 bzw. 130 Grad C und für Maschinen gemäß Werkstoffklasse F , H u. C auf noch höhere Werte gestiegen. Auf rohstofflichem Gebiete haben sich die Verhältnisse ebenfalls geändert. Bezogen auf die Papierbeklebung, kann daher festgestellt werden: a) Es besteht die Gefahr der Rostbildung und damit eine Erhöhung der Eisen Verluste. 57

A b b . 6 8 . Schnellaufende Nutenstanzmaschine MNu 360, b i s ca. 1 0 0 0 H ü b e in der Minute f ü r Blechdurchmesser bis 3 6 0 m m (außen) ( W e r k b i l d : S c h u l e r - A G . , Göppingen)

59

b) Die Wärmebeständigkeit des Papiers ist, bezogen auf den derzeitigen Stand der Technik im Elektromaschinen- und Transformatorenbau, nicht für alle Fälle ausreichend. c) Papier ist hygroskopisch. d) Papier soll nach Möglichkeit gespart werden. Aus den Gründen zu a—d ist man vielfach von der Papierbeklebung abgegangen. Man hat der Lackierung den Vorzug gegeben. Die hierfür in Betracht kommenden Lacke sollen folgende Eigenschaften haben: 1. Aus fertigungstechnischen Gründen soll der Lack möglichst schnell an der Luft oder bei mäßiger Wärme trocknen. 2. Die Haftfestigkeit auf Eisenblech muß gut sein. 3. Der Lackfilm muß stanzfest (elastisch) sein, d. h. derselbe darf beim Stanzvorgang an den Schnittkanten nicht abblättern oder abbrechen. 4. Der Lackfilm muß eine ausreichende Oberflächenhärte aufweisen (kratzfest), weil der Lackfilm beim späteren Schichten der Bleche mechanisch beansprucht wird. 5. Der Lackfilm muß temperaturbeständig sein, und zwar für Maschinen nach Werkstoffklasse A bis 105 Grad C, nach Werkstoffklasse E = 120 Grad C, nach Werkstoffklassen H u. C = bis möglichst 200 Grad C. 6. Der Lackfilm muß feuchtigkeitsfest, in speziellen Fällen, z. B. Motoren für Kali-Bergwerke, chemische Fabriken, sogar beständig gegen Laugen, Säuren, Gase usw. sein. 7. Für ölgekühlte Transformatoren muß der Lackfilm gegen erhitztes Mineralöl (ca. 100 Grad C) beständig sein, und er darf unter dem Einfluß des erhitzten Öles keine Stoffe abspalten, welche die elektrischen und chemischen Eigenschaften des Öles nachteilig verändern. 8. Unwichtig ist indessen die elektrische Durchschlagsfestigkeit des Lackfilmes, weil die Bleche weniger gegen elektrische Spannungsübergänge, sondern gegen den Übergang magnetischer Kraftlinien isoliert werden. Die Dynamo- und Transformatorenblech-Lacke müssen also eine ganze Reihe wichtiger Gütewerte aufweisen, wenn dieselben allen Anforderungen entsprechen sollen. Eine wichtige Forderung der Verbraucher ist die kurzfristige Trocknung im kontinuierlichen Lackiervorgang. Diese steht in der Regel im Widerspruch mit den übrigen Gütewerten, z. B. Haftfestigkeit, Elastizität, Stanzfestigkeit, Hitzebeständigkeit usw., die bei luft- oder schnelltrocknenden Ofen-Lacken in der Regel nur im bescheidenen Maße erreicht werden können. 60

Werden die Bleche lediglich für normale, offene Motoren oder luftgekühlte Transformatoren nach Werkstoffklasse A — E REM und RET verwendet, dann dürfte es nicht schwer fallen, den geeigneten Lack zu finden. Bei höheren Ansprüchen liegen die Verhältnisse schwieriger. Hier müssen schon höhere Trockentemperaturen und längere Trockenzeiten in Kauf genommen werden, wenn wirklich allen Anforderungen entsprochen werden soll. An Stelle der Lackierung verwendet man auch vielfach einen Auftrag von Wasserglas mit Farbstoffzusatz. Dieses Verfahren hat sich für entsprechende Ansprüche bewährt. Über die Notwendigkeit der Isolierung von Dynamoblechen ist man in Fachkreisen geteilter Meinung. Bei Drehstrommotoren-Läufern ist eine Isolation der Bleche unwichtig, weil innerhalb der Läuferwicklung nicht die Netzfrequenz, z. B. 50 Hertz, sondern nur die sogenannte

Abb. 69. Anker- und Polblech eines Gleichstrommotors

Schlupffrequenz, etwa 5 bis 10 Hertz auftritt. Andererseits ist man der Ansicht, daJ3 der Walz- oder Glühzunder der Bleche auch für die Ständerbleche normaler Drehstrommotoren eine ausreichende, magnetische Isolation für 50 Hertz darstelle. Sofern die Motoren in trockenen Räumen aufgestellt werden, dürfte hiergegen nichts einzuwenden sein. Für alle anderen Fälle ist eine Isolation der Bleche vorteilhaft bzw. notwendig. 61

Ergänzend hierzu wird darauf hingewiesen, daß man in neuerer Zeit ein chemisches Verfahren anwendet, und zwar das in der Rostschutztechnik bekannte „Bonder-Verfahren". Die fertig gestanzten Bleche werden hierbei in eine wäßrige Lösung von Eisen-ManganPhosphaten getaucht. Es bildet sich hierbei an der Oberfläche der Bleche eine unlösliche, wärmebeständige Schicht, die auch eine genügende Isolierfestigkeit aufweist. Bekanntlich treten zwischen den Blechen nur Spannungsunterschiede von einigen Millivolt auf, so daß die Ansprüche, die an den Isolationswiderstaad gestellt werden, nicht groß sind. Leider besitzt die Bonderschicht nur eine relativ geringe Stanzfestigkeit, so daß die Behandlung der Bleche nur nach dem Stanzvorgang als möglich erscheint. Es braucht dann aber nur jedes zweite Blech der Bonder-Behandlung unterworfen werden, da die eingetauchten Bleche beiderseitig eine Bonderschicht erhalten. Infolge der geringen Stärke der Bonderung ist der Füllfaktor im gepreßten Blechpaket gut. Auch die Wärmequerleitfähigkeit ergibt gute Werte. Nach Prof. Dr.-Ing. H. Heß, „Isolierstoffe elektr. Maschinen" (Verlag Fr. Vieweg u. Sohn, Braunschweig 1942) Seite 138, können als Mittelwerte für die Wärmeleitfähigkeit der Blechisolation angenommen werden: Papier und Wasserglas = 0,1 Isolierlack =0,3 kristalline Schichten = 1,0 (hierzu kann das Bonderverfahren gezählt werden.)

Wickelei Es ist für den in einer Instandsetzungswerkstatt für elektrische Maschinen beschäftigten Elektromaschinenbauer von besonderem Interesse, die Arbeitsvorgänge in der Wickelei eines Herstellerbetriebes kennenzulernen. Die Abb. 72 u. 73 gewähren einen Einblick in die Wickelei einer neuzeitlichen Elektromaschinenfabrik, die sich bevorzugt mit der Herstellung selbstregelnder Drehstrom-Generatoren befaßt und auf diesem Gebiete weit über die deutschen Grenzen hinaus Beachtung gefunden hat. Gemäß Abb. 73 erhält der Werkraum reichliche Tageslicht- und Frischluftzufuhr. Die Wicklerinnen und Wickler führen ihre Arbeiten vorwiegend in stehender Haltung aus. Die Höhe der Wickeltische ist so gewählt, daß das Rückgrat bestmöglich entlastet und eine freie Atmung gewährleistet ist. Abb. 74 zeigt die Gleichstrom-Läuferwickelei für mittelgroße Maschinen. Die Anker kommen hier mit aufgepreßtem Kollektor zur Verarbeitung. Die Wickler stehen hintereinander an der Werkbank, so daß nur ein geringer Raum für die Wickelarbeit benötigt wird. Das Wellenende an der Kollektorseite ruht 63

auf einem eisernen, senkrecht verstellbaren Bock, während das andere Wellenende auf der Werkbank ruht. Diese Anordnung des Ankers hat den Vorteil, daß der Wickler beim Wechseln der Handwerkzeuge usw. seinen Platz nicht zu verlassen braucht. Er hat stets alles zur Hand, weil unmittelbar an der Arbeitsstelle die Werkzeuge, Spulen usw., abgelegt werden können. Der

Abb. 72. Schaltarbeiten an einem Anker mit Formspulenwicklung (Werkbild: A. van Kaick)

Transport der Arbeitsstücke von einer Arbeitsstelle zur anderen geschieht durch elektrisch betriebene Kräne, die durchZugketten von unten gesteuert werden. Die Abb. 75 bietet einen Einblick in die Serienfertigung von Drehstrommotoren in der Phase des Zusammenbaues der Einzelteile am laufenden Band. Einen Begriff darüber, welche Ausmaße eine elektrische Maschine als größere Leistungseinheit erreichen kann, vermittelt die Abb. 76. Als Vergleich steht im Vordergrunde ein Drehstrommotor in oberflächengekühlter Ausführung. Wesentliche Konstruktionsteile dieses Großgenerators sind aus Stahlblechen nach dem Schweißverfahren zu einer Einheit zusammengefügt.

64

Abb. 75. Zusammenbau von Drehstrommotoren auf einem Montageband (Werkbild: Aus dem Elektromotorenwerk der Siemens-Schuckertwerke, Erlangen)

5'

67

Elektro-Isolierlacke, deren Bedeutung und praktische Anwendung beim Aufbau der Wicklungsisolation im Elektromaschinenbau, gemäß VDE, REM, 0 530/3.59, § 32, Tafel 3 Das interessante und für den Elektromaschinenbauer sehr wichtige Fachgebiet der Elektro-Isolierlacke wird in der einschlägigen Fachliteratur für die Sparte Elektromaschinenbau verhältnismäßig selten behandelt. Die Gründe hierfür liegen offenbar darin, daß die Forschung, Entwicklung und Herstellung der Imprägniermittel für die Elektrotechnik in das Schaffensgebiet der Chemiker und Physiker fällt und die fachlichen Belange der Elektromaschinenbauer weitaus überwiegend auf den Elektromaschinenbau ausgerichtet sind. Die Hersteller der Imprägniermittel stellen im Regelfalle für jede Lacktype eine Anwendungsvorschrift zur Verfügung, in welcher anhand eines oder mehrerer Beispiele die für den Einsatz erforderlichen Daten enthalten sind. Es ist nun Aufgabe der Verbraucher, nicht nur diese Anwendungsvorschriften und Kommentare hierzu sorgfältig zu studieren und zu beachten, sondern auch dafür zu sorgen, daß die Einrichtungen, Meßgeräte und Hilfsmittel zur Verfügung stehen, die zur Erreichung der optimalen Gütewerte unentbehrlich sind.

Abb. 77. Prüffeld eines neuzeitlichen Instandsetzungswerkes für elektr. Maschinen (Werkbild: H. Schümann, Lübeck)

J e nach der rohstofflichen und rezeptlichen Zusammensetzung der jeweils vorliegenden Lacktype ist die Anwendungsmethode unterschiedlich. Aber auch die betrieblichen Einrichtungen für den Einsatz der Imprägniermittel sind bei den Verbrauchern unterschiedlich. Letzten Endes sind die persönlichen Erfahrungen und die speziellen Fachkenntnisse — bezogen auf die rohstoffliche Zusammensetzung und die hieraus resultierenden Anwendungsmethoden für die neuzeitlichen Imprägniermittel — entscheidend für den Einsatzerfolg.

Abb. 7 8 . Imprägniergerät nach Raskop

Abb. 7 9 . Elektro-Trockenofen 1 ) nach Raskop

Aus dieser Situation ergibt sich die Notwendigkeit einer engen Zusammenarbeit zwischen Hersteller- und Verbraucherschaft, in welcher im gegenseitigen Erfahrungsaustausch die fachlichen Belange der Verbraucherschaft mit dem Wissen, Wollen und Können der Hersteller bestmöglich aufeinander abgestimmt werden. Diesem Zweck sollen die nachstehenden Darlegungen dienen. I. Allgemeines Elektro-Isolierlacke sind flüssige Tränkmittel, die je nach ihrem rohstofflichen und rezeptlichen Aufbau nach verschiedenen Methoden und mit verschiedenen Mitteln aus dem flüssigen in einen festen Zustand überführt werden. Im Ablauf dieser Trocken- bzw. Härtevorgänge entsteht als Endergebnis ein Dielektrikum (Isoherstoff), und zwar entweder in Form eines homogenen Filmes oder von Körpern verschiedener Formen und 70

Strukturen. Die letztgenannten Ergebnisse bestehen aus den Festkörpern der flüssigen Imprägniermittel in Verbindung mit saugfähigen Lackträgerstoffen. Das eigentliche Dielektrikum ist in jedem Falle eine Verkettung der Isolierlackfestkörper (Lackkörper). Die Trägerstoffe sind mehr oder weniger ein Mittel zum Zweck. Soweit es sich hier um organische Trägerstoffe (z. B. Preßspan, Baumwolle, Zellwolle, Seide, Kunstseide, Papier u. a. m.) handelt, dringt das flüssige Imprägniermittel — auf Grund seines Eindringvermögens — in die Trägerstoffe ein. Anorganische Trägerstoffe — z. B. Glasseide — sind im Regelfalle nicht aufsaugefähig (hygroskopisch), d. h. das flüssige Imprägniermittel kann nicht in den Glasseidefaden eindringen. Die a u f s a u g e f ä h i g e n Trägerstoffe sind ohne Imprägnierung in geeigneten Mitteln kein vollwertiges Dielektrikum. Im Gegensatz hierzu stellen die Glasseidefäden ein Dielektrikum dar. Das Imprägniermittel hat hier andere Aufgaben zu erfüllen.

Abb. 80. Querschnitt durch den Inhalt einer Statornute. Das Tränkmittel muß die Lufträume innerhalb der Wicklung ausfüllen und in die aufsaugefähigen Trägerstoffe eindringen. 1. Nutenverschlußkeil; 2. Leiterisolation (Umspinnung) 3. Leitermetall; 4. Tränkmittel

Dasselbe trifft auch auf organische Kunststoffolien zu, die öfter beim Aufbau der Wicklungsisolation mit verwendet werden. Hier hat das Imprägniermittel u. a. die Aufgabe, Hohlräume zwischen den einzelnen Umspinnfäden und innerhalb von Geweben auszufüllen und als „ B i n d e m i t t e l " 1 ) einen kurzschlußfesten Aufbau der Wicklungen — in Kombination mit dem aktiven Eisen (Blechpakete) — herbeizuführen. !) V D E , REM, 0 530/3. 59, § 32, Tafel 3, Fußnote 1 und 2.

71

II. Die Klassifizierung der Elektro-Isolierlacke A. Nach dem rohstofflichen und rezeptlichen Aufbau der ElektroIsolierlacke unterscheidet man: Gruppe Ia L ö s e m i t t e l h a l t ige I m p r ä g n i e r m i t t e l Gruppe Ib Lösemittelfreie

Imprägniermittel

Bei der a-Gruppe bestehen die Imprägnierlacke in der Regel aus 5 0 % Festkörper (Lackkörper) und 5 0 % Löse- und Verdünnungsmittel Diese Löse- und Verdünnungsmittel können nicht als Dielektrikum bezeichnet werden. Sie sind lediglich ein Mittel zur Verflüssigung der Lackkörper und müssen nach Beendigung des Imprägniervorganges möglichst restlos aus dem imprägnierten Wicklungskörper entfernt werden. Hierdurch entsteht folgerichtig innerhalb der Wicklungskörper ein erheblicher Volumenschwund des Imprägniermittels (Abb. 81a und b) von etwa 50%.

Abb. 8 1 a . Vor der Trocknung 1. lösemittelhaltiges Tränkmittel 81 b. Nach der Trocknung (etwa 5 0 % Volumenschwund) 2. Festkörper des Tränkmittels

Bei der b-Gruppe liegen die Verhältnisse hinsichtlich des Volumenschwundes ungleich günstiger. Diese Imprägniermittel trocknen (härten) praktisch ohne Volumenschwund, bzw. der Volumenschwund ist sehr gering. Die Kenntnis des Unterschiedes zwischen den lösemittelhaltigen und lösemittelfreien Imprägniermitteln ist ein sehr wichtiger Faktor bei der Lösung des Imprägnierproblemes im Elektromaschinenbau, wie später noch ausführlich dargelegt wird. 72

B. Die verschiedenen Trocken- und Härtevorgänge Der Ablauf der verschiedenen Trocken- und Härtevorgänge steht im unmittelbaren Zusammenhang mit dem rohstofflichen und rezeptlichen Aufbau der Imprägniermittel. In bezug auf die Trockeneigenschaften unterscheidet man: Gruppe Ic lösemittelhaltige, lufttrocknende Isolierlacke, die ohne Wärmezuführung, lediglich durch Verdunsten der Löse- und Verdünnungsmittel bei Raumwärme (etwa 20 Grad), im Ablauf eines physikalischen Vorganges aus dem flüssigen in den festen Zustand übergehen. Gruppe Id lösemittelhaltige, ofentrocknende Isolierlacke, die durch Wärmezuführung — unter beschleunigter Abgabe der Löseund Verdünnungsmittel — im Ablauf eines physikalisch/chemischen Vorganges trocknen bzw. härten. .verdunsten ier I" Lösemittel

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Abb. 8 2 .

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Beispiel einer Trockenkurve für Tränkmittel auf der trocknender Öle und Naturharze

Rohstoffbasis

Gruppe Ie desgl. wie vor (Gruppe Id), die im Ablauf eines chemischen Vorganges, im wesentlichen durch Wärmezuführung erhärten (wärmehärtende Kunstharz-Tränklacke). 73

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12 13 14 15 16 Std.

Abb. 83. Beispiel einer Trockenkurve für härtbare Kunstharz-Tränklacke mit einer optimalen Härtetemperatur = 120° C

Gruppe If lösemittelhaltige und lösemittelfreie Imprägniermittel, die durch Zusatz eines Härtemittels (Katalysator) aus dem flüssigen in den festen Zustand übergehen. Bei der A u s w a h l d e r I s o l i e r l a c k e für den Aufbau der Wicklungsisolation stellen die Trockeneigenschaften ein wichtiges Merkmal der Imprägniermittel dar, wie später noch ausführlich dargelegt wird. Gruppe Ig lösemittelfreie Tropf-, Gieß- und T r ä n k h a r z e In den letzten Jahren hat die Familie der Elektro-Isolierlacke durch die lösemittelfreien, flüssigen Kunstharz-Imprägniermittel einen wichtigen Zuwachs erhalten. Die Uberführung dieser Imprägniermittel aus dem flüssigen in den festen Zustand geschieht durch Zusatz eines Härtemittels (Katalysators) im Ablauf eines chemischen Vorganges. Diese neuartigen Imprägniermittel bieten gegenüber den herkömmlichen Isolierlacktypen beachtliche Vorteile, die später noch ausführlich erwähnt werden. C. Die Eigenschaften und Gütewerte der Isolierlacke Von den Eigenschaften und Gütewerten der Imprägniermittel sowie von der fach- und sachgemäßen Anwendung derselben ist die Betriebstüchtigkeit und Lebensdauer der elektrischen Maschinen im hohen Maße abhängig. 74

Diese Erkenntnis ist Allgemeingut der Verbraucherschaft in Sparte Elektromaschinenbau. Die maximal erreichbaren Gütewerte verschiedenen Isolierlacktypen bedingen ein tieferes Eindringen in Eigenschaften und Gütewerte sowie insbesondere in den Ablauf Trocken- und Härteverfahren.

der der die der

Es ist in den Verbraucherkreisen nicht allgemein bekannt, daß der Ablauf der Trocken- bzw. Härteverfahren in Abhängigkeit von Trockenzeit und Temperaturhöhe zu unterschiedlichen Ergebnissen führt und die maximal erreichbaren Gütewerte und Eigenschaften im Ablauf einer für die jeweilige Isolierlacktype charakteristischen Form der Trockenkurve — der sogenannten optimalen Trockenkurve — erreicht werden. In der Regel sind Angaben hierüber in den Anwendungsvorschriften der Hersteller enthalten. Das in den Trocken- bzw. Härteverfahren erzielte Endergebnis (Dielektrikum) verändert unter den atmosphärischen und betrieblichen Einflüssen, insbesondere durch thermische, physikalische, chemische und mechanische Beanspruchungen seine Güteeigenschaften im nachteiligen Sinne. Durch diese Einflüsse wird im wesentlichen die Betriebstüchtigkeit und Lebensdauer der Wicklungsisolation und somit auch die Lebensdauer der elektrischen Maschinen bestimmt. Der größte Feind der Wicklungsisolation ist das Wasser als flüssiges und gasförmiges Medium, welches vor allem in der Kühlluft als „relative Luftfeuchtigkeit" enthalten ist. Die Luftfeuchtigkeit kann etwa 50—90% betragen. Durch das Eindringen der Luftfeuchtigkeit in die Wicklungsisolation wird das Isoliervermögen herabgesetzt. Es ist nun wichtig zu wissen, daß selbst die fach- und sachgemäß getrockneten bzw. ausgehärteten Imprägniermittel zur Wasseraufnahme neigen. Die Wasseraufnahme in Gewichtsprozenten hängt im wesentlichen von der rohstofflichen und rezeptlichen Zusammensetzung sowie von der fach- und sachgemäßen Trocknung bzw. Härtung der Imprägniermittel ab. Aus dieser Feststellung ergibt sich die Bedeutung der optimalen Trockenkurve, die in Abhängigkeit von der rohstofflichen Zusammensetzung mehr oder weniger unterschiedlich ist. So schwanken beispielsweise die optimalen Trockentemperaturen bei den verschiedenen Imprägniermitteln zwischen Raumtemperatur — etwa 20° C — und —180° C. — Die maximale Temperatur bezieht sich auf reine Silikonlacke. Die Unterschiede in den Trockenzeiten sind ebenfalls erheblich. Die Wasseraufnahme in Gewichts-% ist daher ein wichtiges Gütekennzeichen der Imprägniermittel (Prüfvorschrift VDE 0362 und 0361 U). Die nach den einschlägigen Prüfvorschriften zulässige Wasseraufnahme beträgt etwa 3 Gewichtsprozent. 75

Ohm

•V

10©© ®@© noch nicht. Für den Verbraucher lösungsmittel©*Xe)(® ® © freier Tränklacke ist es zunächst wichtig zu wissen, daß die Überführung des flüssigen Dielektrikums in den festen Abb. 107. Prinzipdarstellung der Zustand in beliebiger Schichtstärke notTrocknung durch chemische Ver- falls ohne Wärme, also lediglich durch kettung (Polymerisation) in AnZusatz eines oder mehrerer Katalysatoren, wesenheit von Katalysatoren. I. Das flüssige oder plastische erfolgen kann. Füllt man beispielsweise Dielektrikum besteht aus der ein Wasserglas mit dem flüssigen DielekSubstanz -a- u. Substanz -b-. trikum und fügt dann die vom Hersteller II. Nach Zugabe katalytischer angegebenen Katalysatoren hinzu, dann Stoffe -k- vereinigen sich die Substanzen -a- u. -b- zu dem verfestigt sich die bisher flüssige Isolierfesten Isolierstoff -c- (III). masse in einer bestimmten Zeit zu einem III. Die Verfestigung der ur- festen Körper. Zerschlägt man hierauf sprünglich flüssigen Substanzen -a- und -b- zu dem me- das Glas, dann hält man einen durch und chanisch festen Isolierstoff durch festen Körper in der Hand, der je -c- vollzieht sich ohne Vo- nach der rohstofflichen und rezeptlichen lumenschwund (a + b + Zusammensetzung des flüssigen DielekKatalysator = c). trikums bestimmte mechanische, thermische, physikalische, chemische und dielektrische Eigenschaften aufweist. Eine Zurückführung in den ursprünglich flüssigen oder plastischen Zustand ist in der Regel nicht möglich. Das Zeitmaß der Umwandlung des ursprünglich flüssigen Stoffes in den mechanisch festen Zustand ist im wesentlichen von der Menge an 122

katalytischen Stoffen abhängig, die dem flüssigen Dielektrikum zugesetzt werden. Auch die Art der Katalysatoren spielt hier eine Rolle und nicht zuletzt hat die Temperatur einen Einfluß auf das Zeitmaß der „Trocknung".

A b b . 108. P r i n z i p d a r s t e l l u n g des , , E i n w e c k e n s " von Wicklungen u n t e r V e r w e n d u n g s c h w u n d f r e i e r Isolierlacke und Gießharze

A b b . 109. Im Gießharz-Isolierverfahren b e h a n d e l t e D r e h s t r o m - S t ä n d e r w i c k l u n g ( W e r k b i l d : M a s c h i n e n f a b r i k Oerlikon, Zürich.)

123

Durch Erhöhung der Temperatur verringert sich in der Regel die Menge an katalytischen Stoffen, die bei niedriger Temperatur — z. B. Raumwärme = 20 Grad C — zugesetzt werden muß, um eine erträgliche Trockenzeit zu erhalten. Gewöhnlich wählt man für die „Trocknung" eine Kombination Katalysator/Wärme, und es verdient hervorgehoben zu werden, daß die effektiven Trockenzeiten selbst bei erheblicher Schichtstärke auffällig kurz gewählt werden können. Während die lösungsmittelfreien Tränklacke — ohne Zusatz eines Katalysators — unbeschränkt lange lagerfähig sind, muß die jeweils für den Einsatz vorgesehene Menge restlos verarbeitet werden, sobald der oder die Katalysatoren zugesetzt worden sind. Aus dieser kurzen Betrachtung treten bereits eine Anzahl beachtenswerter Vorzüge in Erscheinung, die den lösungsmittelfreien Tränklacken eigen sind. Es ist beispielsweise anzunehmen, daß lösungsmittelfreie Tränklacke keine Anlösungserscheinungen bei Lackdrahtwicklungen hervorrufen können, weil keine Lösungsmittel vorhanden sind. Eine Ausschleudergefahr bei umlaufenden Wicklungen (Wie der erweichen bei Betriebswärme) besteht nicht. Bezogen auf die dynamische Auswuchtung umlaufender Wicklungskörper kann folgerichtig angenommen werden, daß eine Verlagerung „getrockneter" Lackkörper infolge Wiedererweichen bei Betriebswärme und damit eine teilweise oder gänzliche Aufhebung des vorher einwandfreien Wuchtzustandes nicht zu befürchten ist. Der Ablauf der „Trocknung" ist duplizierbar, das heißt, die empirisch ermittelte optimale Trockenkurve kann beliebig vervielfacht werden, weil der Trocknungsverlauf, insbesondere die Trockenzeit, eingehalten werden kann. Das flüssige Dielektrikum kann bis zu einem gewissen Grade wärmeleitende Zusätze erhalten und die Wärmeleitfähigkeit des getrockneten Dielektrikums kann hierdurch beachtlich erhöht werden. Entscheidend wichtig ist natürlich die schwundfreie Trocknung. Die mechanische Härte bzw. die mechanische Struktur des getrockneten Dielektrikums kann durch rezeptliche Zusätze von weichhaltenden Mitteln variiert werden. Es ist jedoch keineswegs so, daß die lösungsmittelfreien Tränklacke hinsichtlich der spezifischen Eigenschaften mit den bisher allgemein üblichen Tränklacken übereinstimmen. Das bezieht sich insbesondere auf den Imprägniervorgang (Eindringvermögen, Haftvermögen usw.). Der im Ablauf des Imprägniervorganges von den Wicklungen (u. U. unter Vakuum) aufgenommene Lack muß ja bis zur endgültigen Trocknung an Ort und Stelle bleiben, da sonst mit Lufteinschlüssen bzw. Hohlräumen innerhalb der Wicklungen gerechnet werden muß. Es müssen also besondere Imprägnierverfahren angewandt werden, auf die an dieser Stelle noch nicht ausführlicher eingegangen werden kann. 124

Die Einführung lösungsmittelfreier Tränklacke im Elektromaschinenbau befindet sich noch im Anfangsstadium. Es gilt zunächst, entsprechende Erfahrungen zu sammeln, wozu die vorstehenden Ausführungen in bescheidener Weise beitragen mögen.

Gütemäßige Leistungssteigerung durch Vakuum-Imprägnierung Die Bedeutung der Vakuum-Imprägnierung im Elektromaschinen-, Transformatoren- und Apparatebau ergibt sich einerseits aus der Erkenntnis, daß die bei der Herstellung von Wicklungen verwendeten organischen Isolierstoffe: Baumwolle, Zellwolle, Seide, Kunstseide, Papier, Preßspan, Ölleinen, Ölseide usw. ausnahmslos Feuchtigkeit aufsaugen und hierdurch die elektrische Durchschlagsfestigkeit dieser Stoffe erheblich herabgesetzt wird. Nulenverschluß (Holzkeil)

Abb. 110. Schnittmodell eines im Vakuumverfahren mit „Lekutherm" imprägnierten Kleinankers (Werkbild: Bayer)

Die möglichst restlose Entziehung der Feuchtigkeit aus den aufsaugefähigen Isolierstoffen der Wicklungen ist daher die wichtigste Voraussetzung für die Erzielung einer hochwertigen Imprägnierung.

Abb. 111. Mit katalytisch härtender Kunststoff-Plastikmasse behandelte Kleinstanker Siehe auch Raskop, Isolierlacke; Verlag H. Cram, Berlin 30.

125

Abb. 113. Vorprüfung montagefertiger Drehstromständer in der Serienherstellung (Werkbilder: SSW, Erlangen)

126

Andererseits gelten alle festen organischen Isolierstoffe lediglich als Lackträger. Sie erhalten ihre elektrischen Gütewerte erst durch eine möglichst vollkommene Imprägnierung mit einem hochwertigen Dielektrikum. Sowohl die restlose Entziehung der Feuchtigkeit als auch die möglichst vollkommene Durchimprägnierung der Lackträger wird im Vakuum-Imprägnierverfahren erreicht. Die Vakuum-Imprägnieranlagen sind vielfach mit der Trockeneinrichtung kombiniert, d. h., das eigentliche Imprägniergefäß ist mit einer Heizvorrichtung ausgerüstet. Der Imprägnier- und Trockenvorgang spielt sich in einer solchen Anlage etwa wie folgt ab: 1. Werkstücke in den Imprägnierbehälter einordnen, Behälter luftdicht verschließen. 2. Heizung einschalten. 3. Vakuum-Pumpe in Betrieb setzen, Feuchtigkeit entziehen. 4. Heizung abstellen, Werkstücke abkühlen lassen, Isolierlack durch Vakuum aus dem Lackbehälter in das Imprägniergefäß saugen. Eine Zeitlang unter Vakuum stehen lassen. 5. Vakuum-Pumpe abstellen. Isolierlack aus dem Imprägniergefäß in den Lackbehälter zurückbefördern. 6. Vakuum-Pumpe anstellen, die flüssigen Bestandteile des Isolierlackes durch Vakuum aus den imprägnierten Werkstücken saugen. 7. Heizung anstellen, bei Öl-Isolierlacken trockene, möglichst vorgewärmte Frischluft zuführen, weil solche Lacke ohne Frischluftzuführung nicht trocknen. Zwischen dem Vorgang Ziff. 4 und 5 wird vielfach noch anstelle der Vakuums durch Anwendung von Druck das Eindringen des Imprägniermittels in das Innere der Wicklung begünstigt. Dieses sogenannte Abdrücken darf nur mit Stickstoffgas (nicht mit Preßluft) durchgeführt werden, um eine Entzündung der an sich leicht brennbaren Lacklösungsmittel und damit Explosionen zu verhindern. Das Abdrücken muß vorsichtig geschehen. Der Druck ist ganz allmählich auf den Nennwert zu steigern, weil sonst Druckschäden (Schlußbildungen) innerhalb der Wicklungen auftreten können. Unbedingt notwendig ist das Abdrücken nicht. Anmerkung: I. Bei Verwendung von härtbaren Kunstharzlacken besteht die Möglichkeit, daß Lackreste in den Ventilen des mit Heizung versehenen Imprägniergefäßes infolge der Trockenhitze in den unlöslichen Zustand (CZustand) übergehen und hierdurch die Ventile unbrauchbar werden. Bei Anwendung härtbarer Kunstharzlacke ist daher die Vortrocknung und die eigentliche Trocknung der imprägnierten Werkstücke zweckmäßig in einem besonderen Trockenofen vorzunehmen. 127

II. Bei Anwendung von Öl-Isolierlacken ist darauf zu achten, daß während des Trockenvorganges reichlich Frischluft in den Trockenraum gefördert und die verbrauchte Luft aus dem Raum entfernt wird. Öl-Isolierlacke benötigen zur Trocknung nicht nur Hitze, sondern auch viel Sauerstoff. III. Bei Vorgang Ziff. 4 ist das Abkühlen der Werkstücke auf etwa 30—40 Grad deswegen wichtig, weil die Gütewerte der Isolierlacke durch wiederholtes Erhitzen eine Einbuße erleiden können. Außerdem wird der Verlust an Verdünnungsmitteln durch Hitze vergrößert. IV. Der Vorgang Ziff. 6, nämlich das beschleunigte Absaugen der Lösungs- und Verdünnungsmittel aus den imprägnierten Werkstücken, ist bei Emailledraht-Wicklungen besonders wichtig. Bei diesen Wicklungen besteht bekanntlich die Gefahr, daß die Lackschicht der Drähte durch die Lösungsund Verdünnungsmittel des Imprägnierlackes angelöst wird und hierdurch Schlußbildungen hervorgerufen werden. Je schneller also die anlösenden Bestandteile aus der Wicklung entfernt werden, je geringer ist die Gefahr der Schlußbildungen. Auch die Durchtrocknung in den tieferen Wicklungslagen wird durch das restlose Absaugen der Lösungs- und Verdünnungsmittel durch Vakuum begünstigt, wenn bei Öllack-Imprägnierungen ausreichend Luftsauerstoff zugeführt wird. V. Das Abdrücken ist bei Lackdraht-Wicklungen nicht empfehlenswert, weil bei diesen Wicklungen infolge des Anlöseeffektes sehr leicht Druckschäden innerhalb der Wicklung eintreten können. (Über die Imprägnierung von Lackdrahtwicklungen siehe auch Seite 504). Über die praktische Anwendung kalthärtender SilikonkautschukVergußmassen beim Aufbau der Wicklungsisolation im Elekromaschinenbau gemäß VDE, REM 0530 § 32, Tafel 3 Die Anwendung fließfähiger, kalthärtender Silikonkautschuk-Vergußmassen hat in den USA auch beim Aufbau der Wicklungsisolation — z. B. bei den Ständerwicklungen an Drehstrommotoren — zu vielversprechenden Ergebnissen geführt. Richtungweisend für den Einsatz dieses neuen Isolierstoffes waren a) die recht einfache Anwendungsmethode, die sich aus der erforderlichen Fließfähigkeit (Viskosität) und aus den kaltvulkanisierenden Eigenschaften dieses Materials ergibt. b) die vorzüglichen thermischen, chemischen, physikalischen, mechanischen und dielektrischen Eigenschaften des Silikonkautschuks, die eine hohe Betriebssicherheit und Lebensdauer elektrischer Maschinen gewährleisten. Der kaltvulkanisierende Silikonkautschuk ist im hohen Maße wasserabweisend, bietet Schutz gegen mechanischen Abrieb durch Bestandteile 128

in der Kühlluft, gegen Gase, Chemikalien, Laugen, tropische und subtropische Einflüsse. Das Material neigt in Verbindung mit anderen Stoffen (Metalle, Eisen u. a. m.) bei Ausdehnungs- und Schrumpfungsvorgängen nicht zu Rißbildungen, besitzt ein hohes elektrisches Isoliervermögen und ist damit als Wicklungsisolation bestens geeignet.

Abb. 114. Fertigvergossener Drehstromständer

Die Anwendung des Silikonkautschuks als Wicklungsisolation bezieht sich auf die Herstellung einer Umhüllung der außerhalb der Nuten liegenden Wickelköpfe. Dieser Schutzmantel wird im Gießverfahren form- und maßgerecht unter Verwendung geeigneter Hilfsmittel (Abb. 115—121) gestaltet. Im Regelfalle werden die in Betracht kommenden Wicklungen in üblicher Weise imprägniert. Anschließend erfolgt die Herstellung des Silikonkautschuk-Schutzmantels. Seit einiger Zeit steht die gießfähige, kalthärtende SilikonkautschukVergußmasse1 auch in Deutschland zur Verfügung. Es sind auch bereits praktische Einsatzversuche durchgeführt worden, die den Erwartungen entsprochen haben. Die Gewährleistung für den vollen Einsatzerfolg setzt die Erfüllung einiger Bedingungen voraus. Einsatzbedingungen: I. Die in dem aktiven Eisen der elektrischen Maschinen (Blechpakete) eingeordneten Wicklungen stellen eine Einheit dar, die aus verl

8

) Wacker-Chemie GmbH., München 22.

R a s k o p , Katechismus, 14. Aufl.

129

schiedenen Stoffen (Dynamoblech, Isolierstoff, Nutenverschlußkeile, isol. Kupferdrähte u. a. m.) besteht. Das Haftvermögen des Silikonkautschuks ist auf diesen verschiedenen Stoffen der Wicklungskörper nicht einheitlich. Deshalb wird zur Erreichung einer guten Haftfestigkeit zwischen Silikonkautschuk-Mantel und dem Wicklungskörper ein verbindender Film aus der Grundierung G 718 im Tausch-, Spritz- oder Streichverfahren hergestellt. Der aufgebrachte Hilfsfilm wird gemäß der Anwendungsvorschrift des Herstellers (Härtetemperatur- und Härtezeit) getrocknet. II. Aus der fließfähig angelieferten Silikonkautschuk-Vergußmasse wird durch Zugabe eines Katalysators (Härters) später, im Ablauf des Kaltvulkanisierverfahrens, ein homogener, elastischer Schutzmantel. Nach Zugabe des genau dosierten Katalysators wird B g - j M ! c . die Vergußmasse — zweckmäH t f U J i J U i p E f l ßig mit Hilfe eines elektromoyl»' torischen Mischgerätes —• gut ,mss*i durchgerührt und hierdurch . " -:> 18' die erforderliche, gleichmäßige iÄii'fii'^M^^^^SlI'lÄl B f e l Verteilung des Härters sicherW gestellt. Mit eingerührte LuftiJsSl B H B blasen können durch Evakuieren entfernt werden. III. Der Vulkanisiervorgang beginnt mit der Zugabe des Katalysators. Durch Veränderung der Härtezugabe kann die ,,Topfzeit"-(Verarbeitungsspielraum) variiert werden. So ergibt eine Zugabe von 4% Härter eine Topfzeit von 30 Minuten und eine Vulkanisierzeit von ca. 1 Stunde. IV. Das Eindringen der Vergußmasse in den durch Einordnung von Formteilen umgrenzten Füllraum, und das Abb. 115. Abdichten der Manschette Entweichen der im Füllraum vorhandenen Luft kann dadurch begünstigt werden, indem der fertig vergossene Wicklungskörper auf einen Rüttelrost gestellt wird. 130

Abb. 116. Grundierung der Wicklung

Wenn keine Luftblasen mehr aufsteigen, wird der vergossene Wicklungskörper vom Rüttelrost entfernt und nun bis zur Beendigung des Vulkanisiervorganges sich selbst überlassen. V. Die Herstellung der Gießformen ist aus Abb. 115—120 ersichtlich. Da die Formen und die Ausladung der Wickelköpfe bei den verschiedenen Maschinentypen nicht einheitlich sind, so kann als behelfsmäßiges Formmaterial nicht hygroskopische (präparierte) Kartons, Preßspan mit glatter Oberfläche, Preßgewebe, Kunststoff-Folien u. dgl. zur Anwendung gelangen. Siliconkautschuk klebt (haftet) an saugfähigem Karton oder solchem mit rauher Oberfläche.

Abb. 117. Schließen der Nuten

9»

131

Abb. 118. Einbau der Innenmanschette

Abb. 119. Einbau der Rohrmanschette

In der Serienherstellung gleicher Maschinentypen können Formen aus Metall (z. B. Aluminium) vorgezogen werden. Die mechanische Stabilität der Formen aus Karton, Preßspan usw. kann mittels Heftmaschine, Klebeband oder dgl. erreicht werden. Formen-Trennmittel Bei Verwendung von Kunststoff-Folien ist kein Trennmittel erforderlich. In gegebenen Fällen können geeignete Trennmittel vom Hersteller des KV-Silikonkautschuks bezogen werden. 132

Abb. 120. Vergießen der Wicklung

VI. Die Nutenschlitze in den Blechpaketen der Wicklungskörper müssen mit Silikonkautschuk gut abgedichtet werden. Es ist empfehlenswert, als Nutenverschluß keine Profilstäbe, sondern nur einen Nutenschieber aus Preßspan, Preßstoff oder dgl. zu verwenden, der genügend Raum für das Einbringen des Silikonkautschuk frei läßt. Im Zusammenhang hiermit sei auf die Darlegungen in Absatz I hingewiesen. Die vorstehend beschriebene Einbettung (Ummantelung) der Wickelköpfe mit Silikonkautschuk empfieht sich besonders bei betrieblich hochbeanspruchten Elektromaschinen, die in chemischen Werken, Papierfabriken, Molkereien, Zuckerfabriken, Bergwerken, Zementfabriken, Konservenfabriken, Ölraffinerien, Nahrungsmittelfabriken, Seefahrzeugen, tropischen und subtropischen Klimaten zum Einsatz gelangen und überall da, wo infolge betrieblicher oder atmosphärischer Einflüsse die Lebensdauer und Betriebstüchtigkeit der elektrischen Maschinen gefährdet ist. Ähnliche Voraussetzungen sind aber auch gegeben, wenn elektrische Maschinen an ihrem Verwendungsort eine Schlüsselstellung einnehmen und der Ausfall derselben die Lahmlegung eines Betriebsabschnittes, oder sogar die gesamte Produktion zum Erliegen bringen würde (z. B. in automatisierten Betrieben, wenn eine Transferstraße infolge eines Motorenschadens ausfällt oder der elektromotorische Antrieb einer zentralen Schachtbelüftungsanlage eines Bergwerks zum Stillstand kommt). 133

In solchen und ähnlich gelagerten Fällen ist der praktisch erreichbare Grad an Betriebssicherheit ein ausschlaggebender Faktor für die Wirtschaftlichkeit der kontinuierlichen Fertigung.

Abb. 121. Abbau der Hilfsformteile (Fotos 114—121: Wacker-Chemie GmbH., München)

Der finanzielle Aufwand zur Erreichung max. Betriebssicherheit bei elektrischen Maschinen ist nach dem vorstehend aufgezeigten Verfahren in Gegenüberstellung mit den durch Produktionsausfall in Erscheinung tretenden Schäden als außerordentlich gering zu bezeichnen. Welchen Beitrag kann der Elektromaschinenbauer zur Lösung des Lackdrahtproblemes leisten? A. D i e D i m e n s i o n i e r u n g d e s a k t i v e n E i s e n s u n d der W i c k e l r ä u m e i n n e r h a l b u n d a u ß e r h a l b der N u t e n Im Zuge des entwicklungsmäßigen Fortschrittes auf dem Gebiete der Lackrohstoffchemie sind von deutschen Isolierlackfabriken sogenannte Neustoff-Drahtlacke entwickelt worden, mit deren Hilfe heute Lackdrähte hergestellt werden, die gütemäßig das Weltmarktniveau erreicht haben. Damit ist der Einsatz der Lackdrähte im Elektromaschinenbau gesichert. Im Vordergrund des Interesses stehen die Drehstrom-Käfigläufermotoren. Diese Motoren haben als Einstabläufer (ohne Stern/Dreieckschalter) normalerweise einen Anlaufstrom in Höhe des 8—lOfachen Nennstromes. Diese, beim Anlauf in der Ständerwicklung spontan auf134

tretenden Ströme rufen in den einzelnen Windungen der Ständerwicklung erhebliche dynamische Kräfte hervor, die sich sehr leicht in einem Windungs- oder Lagenschluß auswirken, wenn die sogenannte Kurzschlußfestigkeit der Wicklungen diesen erheblichen Kräften nicht gewachsen ist. Es ist daher verständlich, daß durch Einordnung von Nutenkeilen und Umbandelung der einzelnen Wicklungselemente eine möglichst hohe, zusätzliche Kurzschlußfestigkeit angestrebt wird. Ebenso verständlich ist es aber auch, daß die Gefahr der Schlußbildung bei Lackdrahtwicklungen um so größer ist, je höher der Nuten-Keildruck oder der Umbandelungsdruck sich auf die einzelnen Drähte und Windungs lagen auswirkt. Betrachtet man im Zusammenhang mit dieser Feststellung die Dimensionierung des aktiven Eisens und der Wickelräume bei neuzeitlichen Drehstrommotoren verschiedener Herkunft, dann fällt zunächst auf, daß bei gleicher Nennleistung und Drehzahl das Verhältnis von Eisen/Kupfer recht verschieden ist.

3

D/La = 0,5—0,65 Polfl. = 188,4 cm 2

D/La = 0,4—0,45 Polfl. = 231,88 cm 2

D/La = 0,3 Polii. = 212 cm 2

Abb. 122. Gegenüberstellung der Läuferabmessungen und Polflächen bei einem neuzeitlichen Drehstrom-Käfigläufermotor gleicher Leistung und Polzahl (Drehzahl) deutscher, russischer und USA-Konstruktion. !) Dipl.-Ing. Karl Bobeck, Berlin, Heft 1/1946 „Die Technik".

135

Ein diesbezüglicher Vergleich ist in Abb. 122 zwischen Motoren deutscher, russischer und amerikanischer Herkunft graphisch dargestellt 1 ). Ausgehend von dem Verhältnis: aktive Packlänge/Läuferdurchmesser (L:Da.) und unter Berücksichtigung der Kupfer/Eisenverhältnisse ist ersichtlich, daß der deutsche Motor bei geringerem Läuferdurchmesser eine größere aktive Packlänge aufweist als der russische und amerikanische Motor. Dagegen ist die totale Polfläche bei dem deutschen Motor geringer als bei den Vergleichsmotoren. Der deutsche Konstrukteur versucht also, das gesteckte Ziel mit wenig Eisen, mehr Kupfer, höhere spezifische Beanspruchungen des Leiterkupfers und des aktiven Eisens, bei relativ geringen Gesamtabmessungen und geringem Totalgewicht zu erreichen (Mantelgekühlte — oberflächengekühlte Typen). In USA wird dagegen der offene Motor bevorzugt und unter Verzicht auf Einsparungen an aktivem Eisen mehr Gewicht auf geringen Kupferaufwand gelegt. Die Gesamtabmessungen und Totalgewichte sind bei dem offenen USA-Motor erheblich größer,

Abb. 123. Weniger aktives Eisen, mehr Kupfer, beengte Wickelräume = höhere Anlagedrucke = höhere Durchschlagsgefahr!

Abb. 124. Mehr aktives Eisen, weniger Kupfer, reichliche Wickelräume = geringere Anlagedrucke = geringere Durchschlagsgefahr I

Siehe auch EMA, Heft 11/1939, Seiten 147—150. H . Cram, Berlin 30.

136

Technischer Verlag

als bei dem deutschen Motor. Der Aufwand an aktivem Eisen liegt bei dem russischen Motor noch höher als bei dem USA-Motor, während der Kupferaufwand unter dem USA-Motor liegt. Der größere Aufwand an aktiven Eisen bei dem russischen und USA-Motor ist nicht nur auf eine geringere magnetische Beanspruchung (Liniendichte/cm2), sondern auch auf die Wahl eines erheblich größeren Nutenvolumens in der Ständerwicklung (Nutenfüllfaktor) zurückzuführen. Bei manchen USA-Motoren sind die Ständernuten nur etwa zur Hälfte mit Drähten ausgefüllt. Auch die Wickelräume außerhalb der Ständernuten sind bei den beiden Vergleichsmotoren erheblich reichlicher gewählt als bei dem deutschen Motor. Während die Wickelräume bei den deutschen Motoren bewußt so klein wie prakich möglich gehalten werden, um geringe Gesamtabmessungen und Totalgewichte zu erhalten, wählt beispielsweise der amerikanische Konstrukteur die Wickelräume bewußt reichlich und nimmt den höheren Aufwand an aktivem Eisen sowie ein höheres Totalgewicht und größere Gesamtabmessungen in Kauf. Der Beweggrund hierfür liegt nicht zuletzt in der Erkenntnis, daß die Gefahr von Anlösungsschäden bei Lackdrahtwicklungen um so geringer ist, je lockerer die einzelnen Drahtwindungen innerhalb und außerhalb der Ständernuten angeordnet werden. Aber auch der Aufwand an Arbeitszeit (reine Wickelzeiten) ist bei reichlichem Wickelraum erfahrungsgemäß wesentlich geringer als bei beengten Wickelräumen. Das nach dieser Disposition erreichbare Ergebnis, nämlich eine praktisch erzielbare M i n d e s t a u s s c h u ß z i f f e r in der Fertigung am laufenden Band und erhebliche G e s a m t e r s p a r n i s an W i c k e l z e i t e n , kann sehr wohl als annehmbarer Ausgleich für den größeren Aufwand an aktivem Eisen bezeichnet werden. Die Ansichten hierüber können trotzdem verschieden sein. Es handelt sich indessen im Rahmen der angestellten Betrachtung im wesentlichen darum, Möglichkeiten aufzuzeigen, um Fehlschläge bei Lackdrahtwicklungen bestmöglich zu verhindern und Vorkehrungen zu treffen, um mit zeitlich bedingten Lackdrahtqualitäten die höchsterreichbare Sicherheit in der laufenden Fabrikation von Drehstrom-Käfigläufermotoren zu gewährleisten. Der Verfasser neigt auf Grund eines sorgfältigen Studiums des Lackdrahtproblems im Elektromaschinenbau zu der Ansicht, daß die erfolgreiche Anwendung der Lackdrähte in den Elektromaschinenfabriken der USA nicht allein oder sogar nur weniger auf die Gütewerte der Lackdrähte als vielmehr auf die räumliche Anordnung der Wicklungen und nicht zuletzt auch auf besonders geeignete, backfähige Tränklacke auf synthetischer Rohstoffgrundlage zurückgeführt werden kann. Nachdem das Problem „Tränkmittelbeständigkeit der Lackdrähte" durch die auf dem deutschen Markt befindlichen, sogenannten „Neustoff137

Lackdrähte" als gelöst bezeichnet werden kann und je nach der DINHärte (DIN 46453) dieser Drähte fast alle neuzeitlichen Tränklacke zum Einsatz gelangen können, bestehen hinsichtlich des Einsatzes der Lackdrähte im Elektromaschinenbau keine Bedenken mehr. B. Die H e r s t e l l u n g d e r F o r m s p u l e n für Träufelwicklungen Die Verhütung von Anlösungs-Druckschäden steht bis zu einem gewissen Grade auch mit der Formgebung der einzelnen Wicklungselemente und mit der Drahtführung und Drahtspannung bei der Spulenherstellung in ursächlichem Zusammenhang. Die allgemein üblichen Mehrfachspulen gleicher und ungleicher Weite für Ein- und Zweischichten-Formspulenwicklungen sollen mit recht großen Biegungsradien in einem wohldurchdachten Wickelgerät bei mäßiger Drahtspannung und nicht zu hoher Umdrehungszahl möglichst einbaufertig geformt werden. Die mechanische Beanspruchung des Lackdrahtes auf Biegung, Knickung, Abrieb, Dehnung usw. soll während der Formung in der Wickelmaschine und beim Einbau der Mehrfachspulen in das aktive Eisen so gering wie eben möglich gehalten werden. Bei entsprechend reichlichen Wickelräumen innerhalb und außerhalb des aktiven Eisens d. h. bei recht lockerer Anordnung der Spulen (geringer Anlagedruck) ist das Einfügen von Isolier-Zwischenlagen sowohl innerhalb der Nuten (obere und untere Lage), als auch außerhalb derselben erfahrungsgemäß nicht unbedingt erforderlich, aber aus Sicherheitsgründen empfehlenswert. Bei den USA-Motoren fehlen diese Zwischenlagen fast regelmäßig. C. D i e W a h l d e r T r ä n k l a c k e f ü r L a c k d r a h t w i c k l u n g e n 1 ) Das Endergebnis ist in sehr hohem Maße von der Geeignetheit der zur Anwendung gelangenden Tränklacke abhängig. Es kommen hier Isolierlacke auf synthetischer Rohstoffgrundlage, mit hohem Körpergehalt und milden Lösungsmitteln in Betracht, die durch Wärme-Polymerisation in angemessener Zeit selbst in starken Lackansammlungen restlos und gleichmäßig durchtrocknen und bei späterer Betriebswärme nicht wieder erweichen. Der in die Wicklungen eingedrungene Lack muß die einzelnen Windungen und Wicklungslagen gegeneinander zum Haften bringen (Backfähigkeit) und die erforderliche Kurzschlußfestigkeit der Wicklungen gewährleisten. l ) Siehe auch Raskop, Isolierlacke, 3. Aufl. 1952, Techn. Verlag H. Cram, Berlin.

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220 = ^ • 48 = rund 87 Ampere Auch dieser Wert weicht von dem zuerst gefundenen Wert nur wenig ab. Aus den vorstehenden Ausführungen ist ersichtlich, daß man z. B. die Windungszahl einer Läuferwicklung überschläglich berechnen kann, wenn die Gesamtdrahtzahl im Ständer und die Läuferspannung bekannt sind. Der 25-PS-Motor 220Volt hat eine Gesamtdrahtzahl im Ständer von 540. Die Läuferspannung beträgt ca. 132 Volt. Das Übersetzungsverhältnis ist 220:132 = 1,67. Soll die Spannung im Läufer 132 Volt betragen, so muß die Gesamtdrahtzahl im Läufer den 1,67. Teil der Gesamtdrahtzahl der Ständerwicklung betragen, also: 540:1,67 = 323 Drähte. In Wirklichkeit liegen jedoch 324 Drähte im Läufer. Die Berechnung stimmt auch nur annähernd, weil die Spannungsverluste usw. nicht genau ermittelt und eingesetzt sind. Als Ständerspannung sind 220 Volt angenommen worden. Die genauen Werte lassen sich natürlich nur unter Berücksichtigung aller in Frage kommenden Faktoren ermitteln. Es wurde bereits erwähnt, daß man die Spannung und den Strom im Läufer beliebig wählen kann. Bei der Wahl der Läuferwicklung kommt es darauf an, daß die Nuten im Läufer gut ausgenutzt werden. Die Windungszahl soll so gewählt werden, daß die Läuferspannung nicht mehr als 550 Volt beträgt. Aus praktischen Gründen ist die Läuferspannung in der Regel geringer als die Ständerspannung. Es ist demnach gleichgültig, ob man bei einem Drehstrommotor die Läuferwicklung nicht wie bisher in Stern-, sondern in Dreieckschaltung schaltet. Allerdings bleibt hierbei zu berücksichtigen, daß die Bürsten und Verbindungsleitungen für die bei Dreieckschaltung auftretenden höheren Ströme einen ausreichenden Querschnitt haben müssen. Selbstverständlich ändern sich die Läuferdaten entsprechend dem neugeschaffenen Übersetzungsverhältnis zwischen Ständer- und Läuferwicklung, so daß auch evtl. die Widerstandselemente des Anlassers den neuen Läuferdaten angepaßt werden müssen. 240

Parallelschaltung der Drehstrom-Wicklungen Außer Stern- und Dreieckschaltung können auch die Ständer- und Läuferwicklungen eine Parallelschaltung der einzelnen Wicklungselemente erhalten. Diese Parallelschaltung wird stets in Verbindung mit der Stern- oder Dreieckschaltung ausgeführt und ist nur dann anwendbar, wenn die Wicklungselemente (Gruppen) eine ganze Zahl ausmachen. Durch Parallelschaltung werden die gesamten wirksamen Leiter in der Ständer- bzw. Läuferwicklung auf die Hälfte vermindert und folgerichtig auch der Querschnitt der Wicklung auf das Doppelte erhöht. Die Leistung der Wicklung bleibt also dieselbe, während die notwendige Betriebsspannung um die Hälfte geringer wird und der dann auftretende Strom naturgemäß auf das Doppelte steigt. Man kann nach diesen Ausführungen z. B . die Ständerwicklung eines Drehstrommotors 500 Volt Betriebsspannung, für eine Betriebsspannung von 250 Volt schalten, wenn die Zahl der Wicklungselemente gerade ist. Würde man hingegen die Wicklung nur in Dreieckschaltung ausführen, so würde die dann notwendige Betriebsspannung 5 0 0 : 1 , 7 3 = 290 Volt betragen. Es ist also falsch, wenn man an einem Drehstrommotor für 500 Volt Betriebsspannung die Ständerwicklung von Stern in Dreieck schaltet und hierauf denselben an 380 oder 220 Volt Spannung anschließt. In dem ersten Falle wird die Wicklung einen zu hohen Strom aufnehmen und heiß werden, im zweiten Falle ist die Leistung des Motors geringer als die Nennleistung. Ist die Gruppenzahl in der Wicklung gerade, so läßt sich der Motor durch Parallelschaltung der Wicklungselemente für die Hälfte der ursprünglichen Betriebsspannung verwenden. Anderseits erzielt man bei einer Wicklung auch dieselbe Leistung, wenn man anstatt mit zwei Drähten parallel zu wickeln, nur mit einem dieser Drähte wickelt, die doppelte Windungszahl in eine Nute legt und dann die Wicklungselemente parallel schaltet. Beispiel: Der 5-PS-Motor Type D50, n = 1450, 380/220 Volt, der A E G hat im Ständer 36 Nuten. In jeder Nute liegen 56 Drähte von 1,4 mm Durchmesser. Die Wicklung hat sechs Gruppen, je zwei Gruppen sind parallel geschaltet. Am Klemmbrett ist die Wicklung für 380 Volt im Stern, für 220 Volt im Dreieck geschaltet. Die Wicklung behält dieselbe Leistung und auch die übrigen Daten bleiben die gleichen, wenn man mit zwei Drähten von 1,4 mm Durchmesser wickelt und nur 28 Windungen in eine Nute legt. Die Drahtzahl je Nute bleibt auch hierbei 56, während die Zahl der wirksamen Leiter je Nute nur die Hälfte = 28 beträgt. Außer der zweifachen ist auch eine 3, 4, 5 usw. fache Parallelschaltung der Wicklungsgruppen möglich. Beispiel: Die 6polige Dreiphasenwicklung besteht insgesamt aus 9 Spulengruppen: je Phase entfallen 3 Spulengruppen. Die 3 zu einer Phase ge16

R a s k o p , Katechismus, 14. Aufl.

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hörenden Spulengruppen können parallel geschaltet werden. Man spricht hier von einer Dreifach-Parallelschaltung. Durch diese Schaltung wird die Leiterzahl auf 1 / s herabgesetzt. Beispiel: Die 8polige Dreiphasenwicklung besteht insgesamt aus 12 Spulengruppen; je Phase entfallen 4 Spulengruppen. Die zu einer Phase gehörenden Spulengruppen können parallel geschaltet werden. Man spricht hier von einer 4fach-Parallelschaltung. Durch diese Schaltung wird die Leiterzahl auf 1 / i herabgesetzt. Beispiel: Die lOpolige Dreiphasenwicklung besteht insgesamt aus 15 Spulengruppen; je Phase können 5 Spulengruppen parallelgeschaltet werden. Durch diese Schaltung wird die Leiterzahl a u f 1 / , herabgesetzt. Von derartigen Schaltmöglichkeiten wird Gebrauch gemacht, wenn eine vorhandene Wicklung für eine andere Spannung verwendet werden soll. Abb. 204. Umschaltbare Dreiphasenwicklung für das Spannungsverhältnis 2:1 (z. B. 440/220,220/110 Volt) 4 polige Zweischichtenwicklung gemäß Schaltbilder Nr. 315 und 316. Schaltarten: für die höhere Spannung, je Phase 4 Spulengruppen in Serie/Stern für die niedrigere Spannung, je Phase 2 Stränge parallel/Stern(Doppelstern). Klemmbrettanordnung: 12 Anschlüsse = 12 Klemmen. Die Darstellung gilt auch fürEinschichtZweietagenwicklungen als Prinzipschaltbild. Füröpolige Wicklungen ist eineZweischichtenwicklung erforderlich.

Beispielsweise läßt sich ein 4poliger Drehstrommotor 380 Volt SerieSternschaltung durch Parallelschalten der Ständerwicklung für 190 Volt Sternschaltung umschalten. Ein 6 poliger Drehstrommotor 330 Volt, Serie-Sternschaltung kann durch 3fache-Parallelschaltung der Ständerwicklung für 110 Volt, Sternschaltung umgeschaltet werden. Ein 8poliger Drehstrommotor 2000 Volt, Serie-Sternschaltung kann durch 4fache-Parallelschaltung der Ständerwicklung für 500 Volt Sternschaltung umgeschaltet werden. Ein lOpoliger Drehstrommotor, 2000 Volt, Serie-Sternschaltung kann durch öfache-Parallelschaltung der Ständerwicklung für 400/231 Volt umgeschaltet werden usw. Über Parallelschaltungen bei Dreiphasenwicklungen siehe Schaltbilder Nr. 313—324. 16«

243

Aus den vorgenannten Schaltbildern geht hervor, daß bei den Zweischichtenwicklungen die Aussichten für die Parallelschaltung einzelner Wicklungsteile günstiger sind als bei der Einschicht-Zweietagenwicklung mit Mehrfachspulen ungleicher Weite. Beispielsweise geht aus den Schaltbildern 316 und 317 hervor, daß eine zweischichtige, 4polige Dreiphasenwicklung je Wicklungsstrang a) in Serie (Abb. 315) b) zweifach parallel (Abb. 316) c) vierfach parallel (Abb. 317) geschaltet werden kann. Bei der vierpoligen Einschicht-Zweietagen-Wicklung ist keine vierfache Parallelschaltung möglich. Diese Wicklung besteht im Regelfalle aus 6 Spulengruppen, je Phase also aus nur 2 Spulengruppen. Es wird nun öfter irrtümlich angenommen, daß die einzelnen Spulen einer einschichtigen Spulengruppe parallel geschaltet werden können. In der Abb. 205 ist je eine Zwei-, Drei- und Vierlochspule dargestellt.

(Einschicht-Zweiebenenwicklungi

Werden diese Mehrfachspulen durch Trennung der Schaltverbindungen in einzelne, selbständige Spulen zerlegt, dann können dieselben n i c h t zwei-, drei- oder vierfach parallel geschaltet werden (Abb. 206). Die Gründe hierfür sind etwa folgende: Es können nur solche Spulen bzw. Wicklungsteile parallel geschaltet werden, die a) die gleiche gestreckte Drahtlänge und den gleichen Ohmschen Widerstand aufweisen, b) hinsichtlich der induzierten Spannungen gleichwertig sind. 244

Auf Wechselstrom bezogen: l a ) die gleichen Wirkwiderstände lb) die gleichen Blindwiderstände für alle parallel zu schaltenden Teile oder Zweige aufweisen. Ferner müssen bei Wechselstrom nicht nur die Effektivwerte, sondern auch deren Augenblickswerte übereinstimmen. Demnach müssen für Wechselstrom die Vorbedingungen etwa wie folgt ergänzt werden: 2 a) gleiche Größe der induzierten Spannungen, 2 b) Gleichzeitigkeit der induzierten Spannungen. Aus der Abb. 205 geht nun hervor, daß die gestreckten Längen der Einzelspulen ungleich und demnach auch die Ohmschen Widerstände derselben verschieden sind. Außerdem sind die induzierten Spannungen der einzelnen Spulen verschieden, weil die geometrische Lage der Spulen verschieden ist. Ebenso ist die Gleichzeitigkeit der induzierten Spannungen nicht gegeben. Derartige Parallelschaltungen widersprechen somit den Wicklungsgesetzen und sind daher nicht durchführbar. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß sich die Vorbedingungen auch auf zweischichtige Formspulenwicklungen beziehen. Bei einer 4 poligen Zweischichten-Formspulenwicklung mit Spulen gleicher Weite entfallen bei 36 Nuten je Pol und Strang, 3 Spulen gleicher Länge und gleichen Ohmschen Widerstandes (siehe Abb. 282). Dennoch können die 3 Spulen je Pol nicht parallel geschaltet werden, weil die Gleichzeitigkeit der induzierten Spannungen nicht gegeben ist. Vor solchen Experimenten muß daher gewarnt werden. 245

Ausgleichsverbindungen an Dreiphasen-Wicklungen mit Parallelschaltung innerhalb der 3 Wicklungsstränge. Bei Anwendung der Parallelschaltung innerhalb der Wicklungsstränge von Drehstrom-Asynchronmotoren können magnetische Unsymmetrien —• z. B. infolge exzentrischer Lagerung des Rotors (ungleicher Luftspalt) entstehen, die einen einseitigen Zug oder Rüttelkräfte in dem umlaufenden Rotor hervorrufen — und in gegebenen Fällen — zur Durchbiegung der Läuferwelle und somit zu Maschinenschäden führen können.

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Abb. 207. 4polige Dreiphasenwicklung, je Phase 2 Stränge parallel, mit Ausgleichverbindungen Darstellung—A — 4polige Dreiphasenwicklung mit 2 Strängen parallel, — ohne Ausgleichverbindungen Darstellung — B — : dieselbe Wicklung mit verkürzten Verbindungen

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Diese Unsymmetrien lassen sich durch Einordnung von Ausgleichverbindungen beseitigen bzw. vermeiden. Aus der Abb. 207 ist die Einordnung solcher Ausgleichsverbindungen ersichtlich. Eine ausgleichende Wirkung auf magnetische Unsymmetrien kann auch ohne Ausgleichsverbindungen erzielt werden, indem die Spulengruppen je Strang mit kurzen Verbindungen zusammengefaßt werden (Abb. 207, Darstellung — B —). I n dieser Abb. 207 ist unter Darstellung — A —der Wicklungsstrang U — X einer 4poligen Dreiphasen-Wicklung in der Schaltung „2 Stränge parallel" dargestellt, und zwar ohne AusgleichVerbindungen. Aus der Schaltung gemäß der Darstellung — B — ergeben sich verkürzte Schaltverbindungen, die ebenfalls eine ausgleichende Wirkung erzeugen.

Die Zweiphasen-Läuferwicklungen bei Drehstrommotoren Es sei als bekannt vorausgesetzt, daß der Läufer eines Dreiphasen(Drehstrom-) Motors auch mit einer Zweiphasenwicklung ausgerüstet werden kann. Die Zweiphasenwicklung wird, sofern es sich um Drahtwicklungen handelt, fast ausschließlich als sogenannte Einschichtwicklung ausgeführt und besteht aus zwei Wicklungssträngen, die jeweils von den in Reihenoder Parallelschaltung verbundenen Wicklungselementen gebildet werden. Die Zahl der Wicklungselemente oder Gruppen richtet sich nach der Ausführungsart der Wicklung selbst und nach ihrer Polzahl. Bei der gebräuchlichsten Ausführung ist die Zahl der Gruppen = 2 • Polzahl. Für die 4polige Zweiphasenwicklung kommen mithin 2 • 4 = 8 Gruppen, für die 6 polige 2 • 6 = 12 Gruppen usw. in Betracht. Man findet diese Wicklungsart bei Drehstrommotoren kleiner und mittlerer Leistungen der Firmen AEG und S. S. W. Auch andere Herstellerfirmen bedienen sich mehr oder weniger der Zweiphasen-Läuferwicklung. Der Grund hierfür liegt nicht zuletzt auch darin, daß die einzelnen Gruppen eine geringere Ausladung als diejenigen der Dreiphasenwicklung gleicher Polzahl erhalten und somit auf den Stirnflächen des aktiven Läufereisens besonders gegen die Einwirkung der Fliehkraft günstig angeordnet werden können. Den in der Praxis stehenden Elektromaschinenbauer interessiert in erster Linie die Schaltung dieser Wicklung. Verfolgen wir auf dem Schaltplan Abb. 208 (4polige Zweiphasenwicklung) die Windungsrichtung der zu 2 Wicklungssträngen geschalteten 8 Gruppen, so finden wir, daß die in der Ebene liegenden und in Serie geschalteten 4 Gruppen abwechselnd rechte und linke Windungsrichtung aufweisen. Gruppe 1 ist im Sinne der Uhrzeigerrichtung, Gruppe 3 im entgegengesetzten Sinne usw. geschaltet. Wenn sämtliche Gruppen in der gleichen Windungsrichtung eingewickelt sind, so ist das Ende der ersten Gruppe mit dem Ende der 3. Gruppe, der Anfang der 3. Gruppe mit dem Anfang der 5. Gruppe usw. in Serie geschaltet. Die

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Gruppen 1, 3, 5 und 7 liegen in einer Wicklungsebene und bilden zusammen den unteren Wicklungsstrang. Die Gruppen des oberen Wicklungsstranges sind genau so geschaltet wie vorher beschrieben. Wie aus dem Schaltbild, Abb. 208, weiter ersichtlich, sind die Enden der beiden Wicklungsstränge miteinander verbunden und zum mittleren Schleifring geführt. Die Anfänge der beiden Wicklungsstränge liegen je an einem Schleifring. Bei der praktischen Ausführung dieser Wicklung werden zunächst die 4 unteren Gruppen, und zwar fortlaufend eingewickelt. Nach Fertigstellung der ersten Gruppe wird der Wickeldraht nicht abgeschnitten, sondern die

2. Gruppe in der entgegengesetzten Windungsrichtung eingewickelt usw. Auf diese Art spart man die Lötstellen von Gruppe zu Gruppe. Beim Einwickeln der oberen 4 Gruppen wird entsprechend verfahren. Wie weiter aus dem Schaltbild, Abb. 208, hervorgeht, hat der zugehörige Anlasser im Gegensatz zu dem normalen Drehstrom-Läuferanlasser nur 2 Widerstandsphasen. Unter Hinweis auf das später angeführte Beispiel der 6 poligen Zweiphasenwicklung mit 6 Wicklungsgruppen, deren Anwendung bei Umwicklungen von 1500 n auf 1000 n in Frage kommt, sei erwähnt, daß in solchen Fällen der normale Dreiphasen-Läuferanlasser gemäß Schaltbild in einen Zweiphasenanlasser umgebaut werden muß. Die im Schaltbild 208 dargestellte 4polige Zweiphasenwicklung belegt 16 Nuten. Im allgemeinen ist die Nutenzahl im Läufer jedoch höher, z. B. 32. Bei 32Nuten läßt sich eine normale 4poligeZweilochwicklung herstellen, d.h. 248

jede Seite eines Wicklungselementes (Gruppe) ist in zwei Nuten gebettet. Im Gegensatz hierzu handelt es sich im Schaltbild um eine Einlochwicklung. In allen Fällen, wo die Nutenzahl durch die Anzahl der Gruppen ohne Rest teilbar ist, spricht man von einer Ganzloch wicklung (normale Wicklung). Ergibt die Division Nutenzahl: Gruppenzahl einen Bruch oder eine ungerade Zahl, so spricht man von einer Bruchlochwicklung. Verfasser hat die letztere Wicklungsart in dem Buche Raskop: Die Instandsetzungen an elektrischen Maschinen, 6. Auflage, Seite 175—179, bereits erwähnt und als Beispiel die Läuferwicklung des A.E.G.-Drehstrommotors,Type 50/4, an Hand mehrerer Skizzen erläutert. Es handelt sich hier um eine 4polige Zweiphasen-Bruchlochwicklung, die in 28 Läufernuten untergebracht ist. Als Ergänzung des vorgenannten Beispiels sei die Läuferwicklung des A.E.G.-Drehstrommotors D 60/6 erwähnt. Auch hier handelt es sich um eine Zweiphasen-Bruchlochwicklung, jedoch ist die Verteilung der einzelnen Leiter auf die Nuten nicht so kompliziert wie bei dem Läufer D 50/4. Die Daten der Wicklung sind folgende: Nutenzahl: 30 Polzahl: 6 Anzahl der Gruppen: 12 Leiterzahl je Nute: 12 (24 Drähte, 2 parallel 1,6 Durchmesser). Bei der Verteilung der vorhandenen Leiter auf die 30 Nuten kommt es darauf an, daß die Anzahl der in Reihe geschalteten Leiter jeder der 2 Phasen gleich ist. Da es sich um eine 6 polige Wicklung handelt, kommen insgesamt 2 • 6 = 12 Gruppen in Frage, wovon je 6 zu einem Wicklungsstrang (Phase) in Reihe geschaltet werden. Die Verteilung der Leiter auf die 30 Nuten geschieht wie folgt:

Nute „ Nute „ Nute „ Nute „

a) untere Lage = 6 Gruppen in Reihe geschaltet. 1. Gruppe: 9—12 rechts herum 9 Leiter = 18 Drähte, 2 parallel 8—13 „ „ 6 „ = 12 ,, 2 „ 2. Gruppe: 17—14 links herum 9 Leiter = 18 Drähte, 2 parallel 18—13 „ „ 6 „ = 12 „ 2 „ 3. Gruppe: 19—22 rechts herum 9 Leiter = 18 Drähte, 2 parallel 18—23 „ „ 6 „ = 12 „ 2 „ 4. Gruppe: 27—24 links herum 9 Leiter = 18 Drähte, 2 parallel 28—23 „ „ 6 „ = 12 „ 2 „ 249

5. Gruppe: Nute 29— 2 rechts herum 9 Leiter = » 28—3 99 99 6 ff = 6. Gruppe: Nute 7 — 4 links herum 9 Leiter = i» 8— 3 „ „ 6 ,, = Gesamtleiterzahl d. Ph. I 90 Leiter =

18 Drähte, 2 parallel 12 » 2 ,, 18 Drähte, 2 parallel 12 „ 2 ,, 180Drähte, 2 parallel

b) obere Lage = 6 Gruppen in Reihe geschaltet. Nute „

1. Gruppe: 7 — 9 rechts herum 3 Leiter = 6 Drähte, 2 parallel 6—10 „ „ 12 „ =24 „ 2 „

Nute 14—12 links herum ,, 15—11 ,, ,,

2. Gruppe: 3 Leiter = 6 Drähte, 2 parallel 12 „ =24 ,, 2 ,,

3. Gruppe: Nute 17—19 rechts herum 3 Leiter = 6 Drähte, 2 parallel „ 16—20 „ „ 12 „ =24 „ 2 „ Nute 24—22 links herum ,, 25—21 ,, ,,

4. Gruppe: 3 Leiter = 6 Drähte, 2 parallel 12 ,, = 24 „ 2 „

Nute 27—29 rechts herum „ 26-30 „ „

5. Gruppe: 3 Leiter = 6 Drähte, 2 parallel 12 „ = 24 „ 2 „

Nute »

6. Gruppe: 3 Leiter = 6 Drähte, 2 parallel 12 ,, = 24 ,, 2 „

4—2 links herum 5—1 ,, ,,

Gesamtleiterzahl d. Ph. I I

90 Leiter = 180 Drähte, 2 parallel

Bei dieser Verteilung entfallen auf jede Nute 12 Leiter, auf jede Phase 90 Leiter. Jeder Leiter besteht aus 2 parallelen Drähten, von 1,6 mm Durchmesser. Die Schaltung der beiden Wicklungsstränge sowie die Verbindung der Wicklung mit den Schleifringen und dem Anlasser geschieht nach Schaltbild 208. Die bisher genannten Wicklungen werden von Hand in die Nuten eingewickelt, eine Wicklungsart, die in den meisten Fällen zur Anwendung kommt. Diese Wicklungsart hat neben dem Vorzug der Einfachheit aber auch den Nachteil, daß bei nicht exakter Ausführung und unsymmetrischer Anordnung der Wicklungselemente ein Schwerpunkt (Unbalanz) in der Wicklung entsteht, der nur in wenigen Fällen erkannt, beachtet und durch Auswuchten beseitigt wird.

250

251

Dieser Nachteil hat neben anderen herstellungstechnischen Gesichtspunkten eine Anzahl Erzeugerfirmen veranlaßt, die sogenannte FormspulenTräufelwicklung (in der Werkstattsprache auch Korb- oder Kranzwicklung genannt) anzuwenden. Die D. E. W. in Aachen, Schorch & Co. in Rheydt, Lloyd-Werke in Bremen und viele andere Firmen bedienen sich beim Bau von Drehstrommotoren vielfach dieser Wicklungsart. Da die einzelnen Spulen auf Formen vorgewickelt werden und somit jedes Wicklungselement dieselbe Form, Drahtlänge und dasselbe Gewicht aufweist, ist eine symmetrische und schwerpunktfreie Anordnung der Wicklung wesentlich erleichert. Der Nutenfüllfaktor, d. h. das Verhältnis des Nuten Volumens, zu dem effektiven Kupferquerschnitt der in der Nute eingebetteten Leiter ist schlechter als derjenige der zuerst erwähnten Handwicklung. Wird beispielsweise gelegentlich einer Neuwicklung die Formspulenwicklung durch eine normale Handwicklung ersetzt (was sehr häufg geschieht), so tritt der bessere Nutenfüllfaktor deutlich hervor. Die Nute wird nicht ganz erfüllt. Der freie Raum muß durch Preßspanstreifen, oder dgl. ausgefüllt werden. Die Herstellung der Formspulen-Träufelwicklung erfordert immerhin eine gewisse Übung. Trotzdem die einzelnen Spulen lagenweise in der Form gewickelt sind, kann es leicht vorkommen, daß beim Einträufeln der einzelnen Windungen Kreuzungen entstehen. Die Windungsspannungen der gekreuzten Leiter können so erheblich sein, daß ein Durchschlag von Windung zu Windung nicht ausgeschlossen ist. Ganz besonders tritt diese Gefahr bei geringer Nutenzahl und relativ hoher Läuferspannung auf. Eine 4polige Zweiphasen-Läuferwicklung für einen Läufer mit 16 Nuten ist in Schaltbild 209 dargestellt. Das Schema entspricht der Läuferwicklung des Drehstrommotors Fabr. Lloyd, Type A. S. 16/14, 3,7 kW., 1450 n, 380/220 Volt. Der Motor hat folgende Wickeldaten: Ständer: 24 Nuten, 12 Spulen, je Nute 34 Leiter, Draht 1,8 mm Durchmesser, Dreiphasen-Formspulenwicklung; Läufer:

16 Nuten, 8 Spulen, je Nute 24 Leiter, Draht 2,5 mm Durchmesser, Zweiphasen-Formspulenwicklung. Die Schaltung der Wicklung entspricht derjenigen einer normalen Zweiphasenwicklung. Je 4 Spulen sind zu einem Wicklungsstrang in Serie geschaltet und beide Stränge sind miteinander verkettet. Auch eine Stabwicklung kann als Zweiphasen-Läuferwicklung ausgeführt werden. Der praktische Fall kommt allerdings sehr selten vor. Gelegentlich der Umwicklung eines größeren Drehstrommotors, und zwar dann, wenn die Wicklung für eine andere Polzahl ausgeführt werden soll, tritt die Anwendung einer Zweiphasenwicklung in den Bereich der Möglichkeit. Es sei beispielsweise die Aufgabe gestellt, einen 4 poligen DreiphasenStabläufer (Schleifringläufer) mit 48 Nuten, mit einer 6poligen Wicklung zu versehen. Mit 48 Nuten — 96 Stäben ist eine 6polige Dreiphasen-Stabwicklung nicht ausführbar. Die Wicklung kann aber als Zweiphasen-Stab252

wicklung ausgeführt werden. Wenn nicht besondere Gründe dagegen sprechen, wird man unter Beibehalt des Beispiels 48 Nuten jedoch in der Praxis stets aus Gründen der Einfachheit zur Herstellung einer Zweiphasen-Handwicklung neigen. Bei 48 Nuten ist nämlich auch eine 6polige Zweiphasen-Ganzlochwicklung ausführbar. Bei einer derartigen Umwicklung ist zu beachten, daß der Nutenfüllfaktor bei Stabwicklungen besser ist als bei Runddraht-Handwicklungen. Die Stromdichte j e Quadratmillimeter Kupferleiter wird somit bei Anwendung der Handwicklung stets höher. E s ist daher von Fall zu Fall zu prüfen, ob die Umwicklung auch von diesem Gesichtspunkte aus durchführbar ist.

Anormale Drehstromläufer-Stabwicklungen Die Aufstellung einer Wickeltabelle für 90 Nuten, 180 Stäbe 12polig Die Durchführbarkeit einer Umwicklung für eine andere als die ursprüngliche Drehzahl ist bei Drehstrommotoren mit Stabläufer nicht zuletzt abhängig von der Nuten- und Stabzahl des Läufers. Eine normale Dreiphasen-Stabwicklung ist dann immer durchführbar, wenn folgende Vorbedingungen erfüllt sind: 1. Die Stabzahl muß durch 3 ohne Rest teilbar sein. 2. Die Stabzahl muß durch die Polzahl ohne Rest teilbar sein. 3. Die Stabzahl je Phase muß durch die Polzahl ohne Rest teilbar sein. 4. Die halbe Stabzahl je Phase muß durch die Polzahl ohne Rest teilbar sein. Beispiel: Läufer 72 Nuten, 144 Stäbe, 4polig 144 (Stäbe) : 3 (Phasen) = 48 (ganze Zahl) 144 „ : 4 (Pole) = 36 „ 48 „ : 4 „ = 12 24 „ : 4 „ = 6 Die Proben für 6- und 8polige Wicklungen ergeben, daß mit der obigen Nuten- und Stabzahl auch diese Wicklungen ausgeführt werden können. Sind die genannten Bedingungen nicht oder nur teilweise erfüllt, so scheidet die Herstellung der normalen Dreiphasen-Stab wicklung aus. In solchen Fällen sind Untersuchungen darüber anzustellen, ob eine anormale Dreiphasen-Stabwicklung mit der jeweils gegebenen Nuten-, Stab- und Polzahl ausführbar ist.

253

Es sei die Aufgabe gestellt, für einen Drehstromläufer 90 Nuten, 180 Stäbe, 12 polig eine Wickeltabelle für Dreiphasen-Stabwicklung aufzustellen. Die Probe zeigt folgendes Ergebnis: 180 (Stäbe) : 3 (Phasen) = 60 (ganze Zahl) 180 „ : 12 (Pole) = 15 60 „ : 12 „ = 5 30 „ : 12 „ = 2,5 (gebroch. Zahl). Da die halbe Stabzahl je Phase nicht durch die Polzahl teilbar ist, so kommt eine normale Dreiphasen-Stabwicklung nicht in Frage. Bei einer normalen Dreiphasen-Stabwicklung sind in jeder Phase Vs der gesamten Stäbe in Serie geschaltet, und zwar eine Hälfte im fortschreitenden Sinne des Wickelschrittes, die andere Hälfte im rückschreitenden Sinne. Beide Hälften sind durch die Umkehrverbindungen miteinander verbunden. (Siehe auch Raskop, Berechnungsbuch für Ankerwickler.) Die vorstehende Probe ergibt aber, daß diese Ausführung nicht möglich ist. Bei einem Umgang sind nämlich 12 Stäbe (d. i. der Polzahl entsprechend) in Serie geschaltet, und da bei einer normalen Stabwicklung Va der Stäbe je Phase im fortschreitenden, Va im rückschreitenden Sinne durchlaufen werden, so müßten nicht 60 Stäbe für eine Wicklungsphase, sondern 6 • 12 = 72 Stäbe vorhanden sein, um eine normale Dreiphasen-Stabwicklung ausführen zu können. Es fehlen also 12 Stäbe, und so helfen wir uns dadurch, daß je Phase im rückschreitenden Sinne nur 2 • 12 = 24 Stäbe in Serie geschaltet werden. Bei dieser Wicklung sind auch je Phase % der gesamten Stäbe in Serie geschaltet. Im Gegensatz zu der normalen Wicklung sind aber im fortschreitenden Sinne 12 Stäbe mehr in Serie geschaltet als im rückschreitenden Sinne. Die Hauptsache ist, daß die Stabzahl in den 3 Phasen gleich ist, denn sonst würde ja die Läuferspannung in den 3 Phasen verschieden sein und der Motor würde nicht einwandfrei arbeiten. Die Errechnung der Wickeltabelle für das vorstehende Beispiel ist durchaus nicht so schwierig, wie vielfach angenommen wird. Zu beachten ist stets, daß die Zahlen in der Tabelle sich auf die Stäbe, nicht auf die Nuten beziehen. Eine große Zahl von Fachleuten ist gewohnt, die Schemata für Läuferstabwicklungen nach der vorhandenen Nutenzahl aufzuzeichnen. Dieses Verfahren ist für normale Wicklungen nicht einwandfrei und außerdem sehr zeitraubend und umständlich. Im übrigen ist die Lage eines Stabes in der Nute auch an Hand der nachstehenden Tabelle sehr leicht festzustellen, wenn die ungeraden Zahlen um 1 erhöht und alsdann durch 2 geteilt werden. Die geraden Stabzahlen können ohne weiteres durch 2 geteilt werden, um die Nutenzahl, in welcher der jeweilige Stab liegt, festzustellen. Wir denken uns die 180 Stäbe von der Schleifringseite aus betrachtet nach rechts fortlaufend so beziffert, daß die ungeraden Stabzahlen oben, die geraden Zahlen unten in der Nute zu liegen kommen. 254

Der Wickelschritt ergibt sich aus: Stabzahl: Polzahl = 180 : 1 2 = 15, d. h. Stab 1 wird mit Stab 1 + 15 = 16, Stab 16 mit 31 usw. verbunden. Nach jedem Teilschritt, der = der Polteilung ist, sind demnach 15 Stäbe hinzuzuzählen. Der Wickelschritt an der Schleifring- und Riemenscheibenseite ist = 15. Da es sich im vorliegenden Falle um eine 12 polige Wicklung handelt, so werden bei einem Umgang auch 12 Stäbe durchlaufen. In der senkrechten Reihe der Tabelle stehen mithin 12 Zahlen untereinander, und zwar: Anfang Phase 1 an Stab ( + 15 = ) ( + 15 = )

1. Umgang 1 16 31 46 61 76 91 106 121 136 151 166

2. Umgang 3 18 33 48 63 78 93 108 123 138 153 168

3. Umg 5 20 35 50 65 80 95 110 125 140 155 170

Der zweite Umgang im fortschreitenden Sinne beginnt mit Stab 166 + 17 = 183. Da nur 180 Stäbe vorhanden sind, so kommt der Stab 183 — 1 8 0 = 3 in Frage. Wir schreiben die einzelnen Umgänge nebeneinander und erhalten somit das obige Zahlenbild. Der dritte Umgang im fortschreitenden Sinne beginnt mit Stab 168 + 17 185 — 1 8 0 = 5. Insgesamt werden nach den bereits gemachten Ausführungen 3 • 12 Stäbe im fortschreitenden Sinne in Serie geschaltet, so daß die für eine Phase jetzt noch fehlenden 24 Stäbe im rückschreitenden Sinne durchlaufen werden müssen. =

Der Stab 170 wird daher um den Umkehrschritt, der um 1 kleiner ist als der Wickelschritt, erhöht: 170 + 14 = 184. Da aber nur 180 Stäbe vorhanden sind, so kommt der Stab 184—180 = 4 in Frage. Im rückschreitenden Sinne wird der Wickelschritt = — 1 5 von der so erhaltenen Stabzahl abgezogen, bis 12 Stäbe durchlaufen sind. Hierbei ist wieder zu beachten, daß nur 180 Stäbe vorhanden sind. 4 — 1 5 = 180 — ( 1 5 — 4 ) = 169 169 — 15 = 154 usw.

255

Der erste Umgang im rückschreitenden Sinne ergibt folgende Stabzahlen: 1. Umgang 4 169 154 139 124 109 94 79 64 49 34 19

2. Umgang 2 167 152 137 122 107 92 77 62 47 32 17 zum Sternpunkt.

Von Stab 19 des ersten Umganges sind jetzt 17 Stäbe abzuziehen! um den Anfangsstab des 2. Umganges zu erhalten. Betrachtet man nun die für eine Phase errechnete Tabelle, so wird man leicht feststellen können, daß ein Teil der Rechenarbeit ganz unnötig gemacht wurde. In der ersten Hälfte der Tabelle, d. h. in dem oberen Teil des Zahlenpaketes, erhöhen sich nämlich die Zahlen nach rechts um 2. Es ist also nur erforderlich, die erste senkrechte Zahlenreihe durch Addition des Wickelschrittes 15 festzulegen. Die weiteren Zahlenreihen lassen sich alsdann einfach anschreiben, nämlich 1, 3, 5, 16, 18, 20 usw. Auch im unteren Teil des Zahlenpaketes ist nur die erste senkrechte Reihe durch Abziehen der Schrittzahl 15 zu errechnen. Die nächstfolgenden Reihen kann man wieder ohne große Rechnung anschreiben. Die vorstehende Tabelle zeigt den Verlauf der Wicklung für eine Phase. Im fortschreitenden Sinne sind 3 • 12 = 36 Stäbe, im rückschreitenden Sinne 2 • 12 = 24 Stäbe, insgesamt je Phase, also 60 Stäbe durchlaufen bzw. in Serie geschaltet. Um die Tabelle für die weiteren 2 Wicklungsphasen herzustellen, bedarf es keiner besonderen Anleitung, da der Rechnungsgang genau derselbe ist wie bei der ersten Phase. Wichtig ist nur die Festlegung des Anfangsstabes für die 2. und 3. Phase. Diesen Stab findet man für die 2. Phase, wenn man den eingeklammerten Stab in der 2. Reihe von oben rechts der vorhergehenden Phase (Stab Nr. 20) um 1 erhöht. Der Anfangsstab für die 3. Phase ist demnach der Stab 41. 256

Die vollständige Tabelle 90 Nuten, 180 Stäbe, 12polig an Stab

Phase I. 5 Umkehrstab

1 16 31 46 61 76 91 106 121 136 151 166

3 18 33 48 63 78 93 108 123 138 153 168

21 36 51 66 81 96 111 126 141 156 171 6

23 38 53 68 83 98 113 128 143 158 173 8

göj 55 70 85 100 115 130 145 160 175 10

43 58 73 88 103 118 133 148 163 178 13 28

m

4 169 154 139 124 109 94 79 64 49 34 19

2 167 152 137 122 107 92 77 62 47 32 17

24 9 174 159 144 129 114 99 84 69 54 39

22 7 172 157 142 127 112 97 82 67 52 37

Phase I I I . 45 Umkehrstab 44 60 29 75 14 90 179 105 164 120 149 135 134 150 119 165 104 180 89 15 74 30 59

42 27 12 177 162 147 132 117 102 87 72 57

35 50 65 80 95 110 125 140 155 170

Phase II. an Stab

an Stab

17

41 56 71 86 101 116 131 146 161 176 11 26

R a s k o p , Katechismus, 13. Aufl.

25

Umkehrstab

Aus der vorstehenden Tabelle können nunmehr die Angaben für den Wickler entnommen werden. Schleifring I an Stab 1 in Nute 1 oben 11 >> M II 21 » »» 11 » III „ „ 41 „ „ 21 „ Ende Phase I = Stab 17 in Nute 9 oben Sternpunkt >» » II • tf 37 tt t$ 19 tf ff in = ff 57 ff ff 29 ff Umkehrstab I Stab 170—4, Nute 85 unten Nute 2 unten Umkehrstab II Stab 10—24, Nute 5 unten Nute 12 unten Umkehrstab III Stab 30—44, Nute 15 unten Nute 22 unten Wickelschritt ± 15 Umkehrschritt ± 14 Zur Kontrolle, ob die Tabelle fehlerlos ist, wird der Anfangsstab jeder Phase um die Zahl Wickelschritt + 1 = 15 + 1 = 16 erhöht. Die Zahl ergibt den Endstab einer Wicklungsphase. Phase I Anfangsstab 1 + 16 = Endstab 17 ] „ II „ 21 + 16 = „ 37 \ Stern „ III „ 41 + 1 6 = „ 57

J

Die vorstehende Methode hat anderen gegenüber den Vorzug, daß eine Aufzeichnung des ganzen Schemas nicht erforderlich ist. Außerdem ist die Tabelle leicht auf ihre Richtigkeit zu kontrollieren. Bei einiger Übung können derartige Tabellen in wenigen Minuten aufgestellt werden.

Anormale Dreiphasenwicklung und deren Anwendung beim Umbau von Drehstrommotoren In den Instandsetzungswerken elektrischer Maschinen ist häufig die Aufgabe gestellt, einen vorhandenen Drehstrommotor für eine andere Drehzahl umzuwickeln. Die Durchführung derartiger Arbeiten hängt von verschiedenen Voraussetzungen ab, die auch bezüglich der Nutenzahl gegeben sein müssen. Man findet beispielsweise bei 4 poligen Drehstrommotoren die Nutenzahlen 36 und 48, 48 und 60, 36 und 60 usw. Diese Nutenzahlen lassen sich nicht für normale 6 polige Dreiphasenwicklungen verwenden. Für solche und ähnliche Fälle sind die Voraussetzungen für die Ausführbarkeit anormaler Dreiphasenwicklungen zu prüfen und erst hierauf die Entscheidung zu treffen, ob die geplante Umwicklung durchgeführt werden kann oder nicht. 258

Beispiel: Ein industrielles Unternehmen besitzt einen Drehstrommotor mit folgenden Daten. 100 PS, 975 n, 220 Volt Ständer 54 Nuten, 9 Gruppen, 6polig Läufer 90 Nuten, Stabwicklung, 6polig. Dieser Motor wird infolge Stillegung eines Betriebes nicht mehr benötigt, hingegen liegt für die Betriebserweiterung eines Tochterbetriebes Bedarf an einem Motor mit folgenden Daten vor: ca. 75 PS, 750 n, 3000 Volt. Es wird Wert darauf gelegt, den vorhandenen 100-PS-Motor umzuwickeln. Wir wollen daher prüfen, ob die Voraussetzungen für die Umwicklung des Motors gegeben sind, es ist ja zu berücksichtigen, daß der Motor für 220 Volt 6 polig gewickelt ist, während der gesuchte Motor für 3000 Volt, 8 polig, gewickelt werden muß. Zunächst stellen wir fest, daß die Spannung 3000 Volt eine stärkere Nutenisolation erfordert und eine bedeutend höhere Leiterzahl der Ständerwicklung als bei 220 Volt. Der Nutenfüllfaktor, das heißt das Verhältnis des Nutenquerschnittes einer Ständernute zum effektiven Kupferquerschnitt, wird bei 3000 Volt ungünstiger als bei 220 Volt. Die erforderliche Wandstärke der Nutenisolation wollen wir nach dem Ausdruck

ermitteln und stellen fest: Bei Verwendung von Mikanitpapier = 1,4 • 1,73 = 2,4 mm. Die Wandstärke von 2,4 mm bietet bei Verwendung von Mikanitpapier (Mikartafolio) eine Gewähr für die Betriebssicherheit der Ständerwicklung. Nach Durchrechnung der Verhältnisse ergibt sich, daß der Motor bei 3000 Volt 750 n die geforderte Leistung abgeben kann. Nun kommt es noch darauf an, ob die praktische Herstellung der 8poligen Ständer- und Läuferwicklung auch möglich ist. Wir beginnen mit der Ständerwicklung. Der Ständer hat 54 Nuten. Die in Frage kommende 8 polige Dreiphasenwicklung besteht aus drei Wicklungssträngen, jeder Strang aus 4 Gruppen = 12 Gruppen total. Diese 12 Gruppen lassen sich aber nicht symmetrisch auf die vorhandenen 54 Nuten verteilen, denn 54 Nuten: 12 Gruppen = 4,5 Nuten ergibt eine gebrochene Zahl und wir stellen fest, daß die Ständerwicklung nicht als normale Gruppenwicklung hergestellt werden kann. 17'

259

Auch bei dem Läufer, der, wie erwähnt, eine Stabwicklung besitzt, liegen die Verhältnisse gleich ungünstig. Der Läufer hat 90 Nuten. Stellen wir eine Probe auf die Ausführbarkeit einer achtpoligen Stabwicklung bei 90 Nuten = 180 Stäben nach Maßgabe Abschnitt „anormale Dreiphasenstabwicklung", Seite 214 an, so finden wir, daß auch die Läuferwicklung nicht als normale Dreiphasen-Stabwicklung ausgeführt werden kann. Es wäre nun zum Nachteil des Instandsetzungswerkes, wenn nach dieser Feststellung die geplante Umwicklung als unausführbar bezeichnet würde. Wir versuchen vielmehr weiter, die uns gestellte Aufgabe zu lösen und begeben uns in das Gebiet der anormalen Dreiphasenwicklungen. Hier finden wir, daß eine 8polige symmetrische Bruchlochwicklung mit 54 Nuten ausführbar ist. Bei dieser Wicklungsart belegen einen Teil der vorhandenen zwölf Gruppen je vier Nuten, der andere Teil je sechs Nuten, und zwar werden 9 Gruppen zu je 4 Nuten = 36 Nuten 3 Gruppen zu je 6 Nuten = 18 Nuten = 54 Nuten hergestellt. Die Verteilung und Anordnung der Gruppen ist so zu treffen, daß in jeder Phase eine Gruppe zu 6 Nuten, drei Gruppen zu 4 Nuten in Serie geschaltet werden können. In Schaltbild 169 ist das Schema der Wicklung dargestellt. Die Querstriche an den einzelnen Gruppen bedeuten die Nutenzahlen. Es belegen somit die Gruppen 1, 2, 3, 5, 6, 7, 9, 10 und 11 = je 4 Nuten = 36 Nuten 4, 8 und 12 = je 6 Nuten = 18 Nuten zusammen - 54 Nuten Die Gruppen 2,4,6, 8,10 und 12 bilden die untere, die Gruppen 1,3, 5, 7, 9 und 11 die obere Lage. Geschaltet sind die Gruppen wie folgt: Phase I, Gruppen 2—5— 8—11 ) „ II, „ 3—6— 9—12 \ Stern „ III, „ 4-7-10- 1 J Die Summe der in Serie geschalteten Leiter jeder Phase ist in den drei Phasen gleich. Hiermit ist die Aufgabe, soweit die Ständerwicklung in Frage kommt, gelöst. 260

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Formteil

Abb. 225. Konstruktionsidee des Verfassers

fast mit Sicherheit vorauszusagen, daß die endgültige, allgemeine Anwendung dieses Fertigungsverfahrens in relativ kurzer Zeit zwangsläufig vollzogen sein wird. 278

In dem derzeitigen Entwicklungsstadium gewinnen die wirklich zeitgemäß konstruierten und mechanisch einwandfrei ausgeführten Spulen-Formgeräte ein erhöhtes Interesse des gesamten Elektromaschinenbauerhandwerkes. Die vorstehenden Darlegungen verfolgen in erster Linie den Zweck, etwa noch vorhandene Zweifel über die praktische Brauchbarkeit des Formspulen-Träufelverfahrens zu überbrücken und hinsichtlich der erstrebenswerten, maß- und formgerechten Herstellung der Wicklungselemente eine einheitliche, klare Linie zu schaffen. Rändelmutter

Die konstruktive Entwicklung und Gestaltung eines wirklich einsatzfähigen Spulen-Formgerätes ist gleichbedeutend mit einer mühseligen, kostspieligen, zeitraubenden und an Enttäuschungen reichen Forschungsarbeit. Es ist erklärlich, daß die Geräte um so teurer, aber auch um so wertvoller werden, je mehr sich die hiermit hergestellten Spulen der „Idealform" nähern. Es sind letzten Endes aber nicht die Anschaffungskosten eines solchen Gerätes entscheidend, sondern der nachweisbar wirtschaftliche Erfolg, der mit dem Gerät erzielt werden kann und durch den praktischen Einsatz des Gerätes gewährleistet wird. Die Anschaffungskosten müssen in einem gesunden Verhältnis zu dem Gewinn stehen, der durch 279

Abb. 227. Mehrzweck-Wickelmaschine „ S e l e k t a 202", mit 6 auswechselbaren Zusatz-Wickelgeräten (Werkhild: H. Schümann, Lübeck)

280

Einsparung von Arbeitszeit, Herabsetzung der Ausschußziffer und kürzere Lieferzeiten erzielt wird. Es soll versucht werden, die Wirtschaftlichkeit eines zeitgemäßen Spulen-Formgerätes in Zahlen auszudrücken.

Abb. 228. Stufenlose Spulenwickelmaschine „Selekta 211" mit automatischer Drahtverlegung zum Wickeln von Spulen mit lagenweisem Aufbau (Werkbild: Heinrich Schümann, Lübeck)

Wird angenommen, daß im Vergleich zur Handwicklung durch Einsatz eines Gerätes und Schulung der Wickler durch die Anwendung des Formspulen-Träufelverfahrens 50% an Wickelzeit eingespart wird, dann würden gemäß des Beispieles Seite 275 an einem 4 poligen 3 kWDrehstromständer 4,00 DM eingespart. Werden täglich 5 solcher Motoren neugewickelt, dann werden im Monat (23 Tage) 460 DM und im Jahre 5 520 DM allein an Arbeitslöhnen eingespart. Die Möglichkeit, daß die Kapazität der Werkstatt bei gleicher Belegschaft um etwa 50% gesteigert werden kann, ist hierbei nicht berücksichtigt. 281

Abb. 229. Teilansicht des Wickelgerätes der Fa. H. Schümann, Lübeck

Liegen die Voraussetzungen in der Werkstatt so, daß ein neuzeitliches Gerät voll ausgenutzt werden kann (man kann mit einem Gerät je Arbeitstag etwa 8 komplette Spulensätze herstellen), dann liegen die Verhältnisse bezüglich der Amortisation des Anlagekapitals noch wesentlich günstiger. Die Renditen steigen also mit dem Grad der Ausnutzung des Gerätes. Dieser Darstellung gegenüber kann der Einwand erhoben werden, daß das vollkommenste Wickelgerät bedeutungslos ist, wenn: a) das erforderliche Kapital für die Anschaffung eines kompletten Gerätes nicht zur Verfügung steht, 282

b) das Gerät infolge Mangels an Arbeitsanfall nur zu einem geringen Teil ausgenutzt werden kann oder c) die Belegschaft nicht über die ausreichende Übung im Träufelverfahren verfügt.

Abb. 2 3 0 . Verstellbare Führungen zum Wickelgerät der F a . H. Schümann, Lübeck

Zu a) wäre zu erwähnen, daß bei Inanspruchnahme eines Kredites für die Anschaffung des Gerätes sowohl die Verzinsung als auch die Amortisation (Rückzahlung aus dem Ertrag) immer gewährleistet ist, wenn die Voraussetzungen gemäß b) und c) einigermaßen erfüllt sind. Hier handelt es sich daher lediglich um ein Finanzierungsproblem. Zu b) liegen die Voraussetzungen für die Anschaffung ungünstig und zu c) bedarf es der richtigen, zielstrebigen Anleitung auf die Dauer einer tragbaren Übergangszeit, bis die erzielbaren Standardzeiten von den Wicklern erreicht werden. Es ist sehr zu bedauern, daß z. Z. die praktische Vorführung solcher fortschrittlichen Hilfsgeräte nicht vor einem großen Forum von interessierten Facheuten erfolgen kann, wie das alljährlich bis zum Jahre 1933 im Rahmen der Mitgliederversammlungen des damaligen RelmaVerbandes möglich war und durchgeführt wurde. 283

Abb. 231 Spulenwickel- und AusziehVorrichtungen zur Herstellung von Formspulen (Werkbild: H. Schümann, Lübeck)

284

Die an solche praktischen Vorführungen anschließenden Fachaussprachen bieten Gelegenheit zum gegenseitigen Erfahrungsaustausch auf allen Fachgebieten und dienen daher der Gesamtheit des Berufsstandes, wie es kein anderes Mittel zu bieten vermag. Es ist wichtig, sich stets vor Augen zu führen, daß die Technik keinen absoluten Stillstand kennt, daß aber der Existenzkampf von unbegrenzter Dauer und das „Bessere" des „Guten" Feind ist.

Die Dreiphasen-Formspulen (Träufel-) Wicklungen und ihre Bedeutung für die Instandsetzungswerke elektrischer Maschinen Die im neuzeitlichen Elektromaschinenbau bevorzugten Dreiphasen-Formspulenwicklungen (Träufelwicklungen) sind nach Überwindung mehr oder weniger großer Schwierigkeiten nunmehr auch in

(Einschicht - Zweietagenwicklung mit Mehrfachspulen ungleicher Weite) ersetzt wurde, ist dies heute nicht mehr der Fall. Nach-

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ter Schaltbilder als überwunden bezeichnet werden kann, werden nunmehr vorgefundene Einschicht. . „ ? , , j , v Zweietagenwicklungen öfter durch ein- oder zweischichtige Formspulenwicklungen ersetzt.

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bb- 232 Das Einträufeln der Spulen bei Drehstrom-Standerwicklungen, (Werkbild: SSW-Erlangen)

Der Anlaß hierzu ist verständlich. Die Erkenntnis, daß der Zeit- und Werkstoffaufwand bei den zweischichtigen Formspulenwicklungen erheblich geringer ist als bei den früher allgemein üblichen EinschichtZweietagen-Handwicklungen, ist heute Allgemeingut aller berufener 285

Instandsetzungsfachleute. Um dieser Vorteile teilhaftig zu werden, werden die Träufelwicklungen nun auch in den Instandsetzungswerkstätten bevorzugt zum Einsatz gebracht.

Abb. 233. Das Umbandeln der Wickelköpfe bei Dreiphasen-Zweischichtenwicklungen (Werkbild: SSW-Erlangen)

Uber die bei Träufelwicklungen anfallenden Lohnkosten gibt die Tabelle auf Seite 275 einen Überblick. Bei dem Übergang von einer Einschicht-Zweietagenwicklung auf eine zweischichtige Träufelwicklung sind jedoch eine Reihe wichtiger Faktoren zu beachten, denn im Regelfalle soll die ursprüngliche Leistungscharakteristik des Motors beibehalten werden. Man kann beispielsweise nicht unter Beibehalt der ursprünglichen Wickeldaten eine vorgefundene Einschicht-Zweietagenwicklung durch eine Zweischichtenwicklung ersetzen, ohne gleichzeitig die ursprüngliche Leistungscharakteristik zu ändern. Geschieht dies trotzdem, dann wird in der Regel der Ohmsche Widerstand in den drei Wicklungsphasen bei der Zweischichtenwicklung geringer und der Magnetisierungsstrom (Leerlaufstrom) höher. Gleichzeitig wird aber auch der Kurzschlußstrom höher und somit ändert sich auch die gesamte Leistungscharakteristik des Motors. Diese Erscheinung hat ihre Ursache darin, daß die gestreckte Drahtlänge einer Wicklungsphase bei der Zweischichtenwicklung in der Regel 286

287

geringer wird, als dies bei der vorgefundenen Einschicht-Zweietagenwicklung der Fall war. Wird beim Ubergang von der vorgefundenen Einschicht-Zweietagenwicklung auf eine zweischichtige Träufelwicklung gleichzeitig auch der Wickelschritt verkürzt (siehe Tabelle Seite 349), dann fallen folgerichtig

Abb. 235. Mehrfach-Wickelgerät für Spulen gleicher Weite Werkbild: H. Schümann, Lübeck

die Werte des Leerlauf- und Kurzschlußstromes noch höher aus, wenn nicht gleichzeitig die Leiterzahl/Nute gemäß Tabelle Seite 349 erhöht wird. Umgekehrt liegen die Verhältnisse ähnlich, wenn eine vorgefundene Zweischichtenwicklung durch eine Einschicht-Zweietagenwicklung ersetzt wird, wie das früher öfter vorgekommen ist. Wird also eine vom Hersteller angewandte und vorgefundene Wicklungsart gelegentlich einer Neuwicklung geändert, dann muß im Regelfalle eine Korrektur der Ursprungs-Wickeldaten vorgenommen werden. Für den Normalfall gilt der Grundsatz, daß Neuwicklungen stets nach Maßgabe der vom Hersteller angewandten und vorgefundenen Wicklungsart und nach Maßgabe der Ursprungswickeldaten erfolgen sollen. Wird von diesem Grundsatz abgegangen, dann müssen auch sämtliche Voraussetzungen für die Erhaltung der ursprünglichen Leistungscharakteristik des Motors erfüllt werden. In einfach gelagerten Fällen wird eine geringfügige Änderung der Leistungscharakteristik kaum nachteilig in Erscheinung treten. Liegen aber die Antriebsverhältnisse schwieriger, dann können sehr wohl kleinere oder größere Nachteile auftreten, die möglicherweise eine Verwendung des neugewickelten Motors unmöglich machen. Wird beispielsweise bei einem Käfigläufermotor das ursprüngliche Anzugsmoment durch Änderung der Wicklungsart herabgesetzt, dann 288

kann der Fall eintreten, daß der Läufer am Betriebsort nicht mehr hochläuft. Solche Fälle sind vom Verfasser in seiner Eigenschaft als beratender Ingenieur schon öfter bearbeitet und in der Fachzeitschrift EMA — die elektrische Maschine — behandelt worden. Es ist daher ratsam, bei einer Änderung der ursprünglichen Wicklungsart mit der notwendigen Sorgfalt zu Werke zu gehen. Liegen schwierige Antriebsverhältnisse vor, dann ist es empfehlenswert, einen beratenden Ingenieur in Anspruch zu nehmen. Bei Beachtung aller Einflüsse bestehen keinerlei Bedenken, eine vorgefundene Einschicht-Zweietagenwicklung durch eine zweischichtige Träufelwicklung zu ersetzen.

Die wirtschaftliche Herstellung der Nutenisolationen in den Wickeleibetrieben Der Aufbau der Wicklungsisolation im Elektromaschinenbau gemäß REM, VDE 0530/3. 59, § 32, Tafel 3 beginnt mit der Auswahl der Isolierstoffe, die in ihrer Gesamtheit die Wicklungsisolation darstellen. Hierbei spielen die Eigenschaften und Gütewerte der einzelnen Stoffe und zwar die dielektrischen, thermischen, physikalischen, chemischen, tropischen und mechanischen Gütewerte eine entscheidende Rolle in bezug auf die Betriebstüchtigkeit und Lebensdauer der elektrischen Maschinen. Im Rahmen der Rationalisierungsbestrebungen in den Wickeleibetrieben steht die Frage der wirtschaftlichen Fertigung im Vordergrunde.

Abb. 236 19

R a s k o p , Katechismus, 14. Aufl.

289

Bezogen auf den Zeitaufwand für den Zuschnitt und die bestgeeignete Formgebung der Wicklungsisolation stehen den Wickeleibetrieben heute zeitsparende und qualitätsverbessernde Spezialmaschinen und Apparate zur Verfügung, mit deren Hilfe die Wirtschaftlichkeit der Fertigungsvorgänge nennenswert verbessert werden kann.

Abb. 237

A b b . 238

290

Eine solche, automatisch arbeitende Maschine ist in Abb. 237 dargestellt. Der mit „Isomat" — DPB. No. 1044 251 bezeichnete Automat ist für die Herstellung von Nutenisolationen, Nuten-Isolier-Zwischenlagen, Nutenverschlüsse, Wickelkopf-Zwischenlagen, mit Umschlag verstärkte Nutenisolationen (Abb. 236) und Nutenverschlußschieber aus Kunststoffen, gefiederte Isolierbänder für den Trafobau und für den Zuschnitt verschiedener Sonderformen aus Isoherpapier und Folienbänder entwickelt worden. Die konstruktive Auslegung und Arbeitsweise des Automaten gewährleistet größte Schonung der zur Anwendung gelangenden Isolierstoffe. Das Fertigungsmaterial wird nur in Richtung der Faserstruktur verformt. Die Formgebung, — auch der Kunststoffolien — geschieht auf kaltem Wege. Der Isomat spart Arbeitskräfte und senkt die Fertigungskosten, In der Abb. 238 sind einige Anwendungsbeispiele dargestellt.

Abb. 239.

Dreiphasen-Einschicht-Träufelwicklung 2 polig, 12 Nuten, 3000 n Wickelschritt 1—6, Sternschaltung

S c h a l t v e r b i n d u n g e n : Phase I. „ II. ., I I I . 19*

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Abb. 294. Drehstrom-Zweischichten-Formspulenvvicklung 8 polig, 48 Nuten, Wickelschritt 1:7

333

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28 2 6

Abb. 303. Dreiphasen-Zweischichten-Bruchlochwicklung, lOpolig, 48 Nuten, Wickelschritt 1—5, total 18 Einzelspulen, je Phase 10 Spulengruppen = 16 Einzelspulen, hiervon 4 Einfach- und 6 Zweifachspulengruppen. Die Reihenfolge und Einordnung der Ein- und Zweifachspulen innerhalb der 3 Wicklungsstränge ist in dem Wicklungs-Schaltbild durch (viereckig umrandeten) Zahlen gekennzeichnet. Die oberhalb der 3 Wicklungsstränge — mit einem Kreis umrandeten Zahlen geben die Folge der 30 Spulengruppen an, die fortlaufend von No: 1 bis No: 30 in dem Ständer-Blechpaket eingeordnet werden. Die einzelnen Spulengruppen werden zweckmäßig durch Anhängeschildchen gekennzeichnet. Nach Beendigung der Wickelarbeit werden die Schaltverbindungen innerhalb der Wicklungsstränge nach Maßgabe des Schaltbildes hergestellt. Je Pol und Phase entfallen l s / 5 Nuten. Die Verteilung der 48 Nuten auf die 10 Pole ist aus der Zahlentabelle unterhalb der Wicklungsdarstellung ersichtlich. Die Phase U — X ist durch einen Punkt, die Phase V — Y ist durch zwei Punkte, die Phase W — Z ist durch drei Punkte gekennzeichnet.

342

A b b . 304

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Abb. 305.

X Drehstrom-Zweischichten-Forrnspulenwicklung 8 polig, 72 Nuten, Wickelschritt 1:10

343

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Abb. 306. Dreiphasen-Zweischichten-Formspulen-Ganzlochwicklung, 18 Pole, 108 Nuten, 108 Halblochspulen, 54 Zweifachspulen, je Wicklungsstrang 18 Zweifachspulen = 36 Einfachspulen, je Pol und Phase = 2 Nuten, Wickelschritt: Nute 1—7 In der Phase U — X liegen die Spulen N o : 1 —4—7—10—13—16— 19—22— 25 28 31 34 37—40—43 46 49 52. In der Phase V — Y liegen die Spulen No: 5—8—11—14—17—20—23—26— 29—32—35—38—41—44—47—50—53—2. In der Phase W — Z liegen die Spulen No: 9—12—15—18—21—24—27—30— 33—36—39—42—45—48—51—54—3—6. Die 54 Zweifachspulen werden (mit Schildchen) von 1—54 beziffert und nacheinander in das Statorblechpaket eingebaut. Nach erfolgtem Einbau werden an H a n d des Schaltbildes die Schaltverbindungen innerhalb der Wicklungsphasen hergestellt. Die Anfänge der Spulen sind durch einen ungefüllten, die Enden durch einen gefüllten Kreis gekennzeichnet. Schaltprinzip: Ende mit Ende, Anfang mit Anfang.JDie Spulenzahlen erhöhen sich in waagerechter Richtung um die Zahl + 3, in senkrechter Richtung um die Zahl 4

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Abb. 307. Dreiphasen-Zweischichten-Formspulen-Bruchlochwicklung mit Spulen gleicherWeite.36 Nuten, 16 Pole,Wickelschritt: 1—3 Nuten je Pol und Phase: 3 / 4

344

Der verkürzte (gesehnte) Wickelschritt bei Dreiphasenwicklungen In den Kinderjahren des Drehstrommotors wurde der Ständer mit einer sogenannten Einschicht-Zweietagen-Wicklung mit Spulen ungleicher Weiten ausgerüstet. Der entsprechend der Nuten- und Polzahl hierbei angewandte Wickelschritt hat dem Instandsetzungsfachmann keinerlei Kopfschmerzen verursacht. Im Verlaufe der Entwicklungsjahre, die der neuzeitliche Drehstrommotor, insbesondere der Käfigläufermotor heute hinter sich hat, haben sich Erkenntnisse durchgesetzt, die u. a. auch in der Wahl verkürzter (gesehnter) Wickelschritte ihren sichtbaren Niederschlag fanden. Die ursprünglich obligat angewandte Einschicht-Zweietagen-Wicklung mit Spulen ungleicher Weite mußte diesen Erkenntnissen weichen. An ihre Stelle trat die E i n s c h i c h t - F o r m s p u l e n - W i c k l u n g mit S p u l e n g l e i c h e r Weite, die sich von der erstgenannten im wesentlichen dadurch unterscheidet, daß die Einzelspulen gleiche Weite (gleichen Wickelschritt) aufweisen und auf besonderen Formgeräten für das Träufelverfahren hergestellt werden. Diese Wicklungsart hat keine große Bedeutung in der Drehstromwickelei erlangt, wird aber noch z. Z. im geringen Umfange angewandt. Die wissenschaftlichen Untersuchungen über das Verhalten des Drehstrom-Käfigläufermotors beim Anlauf (Form der Anlaufkurve, Anlaufgeräusche) und während des Betriebes (Betriebsgeräusche) führten sehr bald zu der Anwendung der Z w e i s c h i c h t e n - F o r m s p u l e n - W i c k l u n g e n mit S p u l e n g l e i c h e r u n d u n g l e i c h e r Weite und zur Anwendung gesehnter (verkürzter) Wickelschritte. Es sei an dieser Stelle hervorgehoben, daß die letzteren Wicklungsarten nicht nur aus Gründen der Arbeitszeitverkürzung bei der Herstellung solcher Wicklungen, sondern in erster Linie zum Zwecke der Verbesserung des betrieblichen Verhaltens der Käfigläufermotoren ihre Daseinsberechtigung erlangten. 345

Unter dem Begriff „verkürzte (gesehnte) Wickelschritte" versteht man in der Wickeltechnik einen Wickelschritt, der kürzer ist als die Polteilung. Die Polteilung ist bei einer 2 poligen Maschine = 180 Winkelgrade, bei einer 4poligen = 90 Winkelgrade, bei einer 6poligen = 60 Winkelgrade usw. bezogen auf einen Kreis, der bekanntlich 360 Winkelgrade umfaßt bzw. in 360 Winkelgrade eingeteilt ist. Diese Winkelgradeinteilung entspricht nur bei der 2 poligen Wicklung den elektrischen Graden, die bei Wickelschritten = Polteilung immer 180 Grad betragen. Umfaßt der Wickelschritt weniger als die Polteilung, dann spricht man von einem „verkürzten oder gesehnten" Wickelschritt. Wird nun der Wickelschritt kürzer, als die Polteilung gewählt, dann muß in allen Fällen die Leiterzahl je Nute höher gewählt werden, als dies bei dem Wickelschritt = Polteilung der Fall ist. Man erkennt dies an einem Schaltbild, welches eine verkürzte Dreiphasenwicklung darstellt. Zeichnet man den Stromverlauf durch Eintragen von Pfeilen ein, dann findet man, daß diese Pfeile bei Wicklungen mit verkürzten Wickelschritten in einigen Nuten entgegengerichtet verlaufen. In diesen Nuten wird die Wirkung der Leiter daher ganz oder zum Teil aufgehoben. Diese Tatsache wirkt sich u. a. in der Größe des Leerlauf- und Kurzschlußstromes aus. Beide Werte werden höher. Damit ändert sich aber auch die gesamte Leistungscharakteristik des Motors. Man kann diese Erscheinung wieder ausgleichen, wenn man die Leiterzahl je Nute höher wählt, als dies bei dem ungesehnten Schritt der Fall war. Von dieser Möglichkeit wird in der Tat regelmäßig Gebrauch gemacht, wenn der Konstrukteur und Berechner eines Drehstrommotors die Wickeldaten festgelegt. Aus dieser Erkenntnis ergeben sich entscheidend wichtige Folgerungen, die für den Instandsetzungsfachmann von großer Bedeutung sind. 1. Der vom Hersteller festgelegte Wickelschritt und die zugehörigen Wickeldaten dürfen gelegentlich einer Neuwicklung nicht willkürlich geändert werden, weil hierdurch der Motor seine ursprüngliche Leistungscharakteristik verliert. 2. Wird der Wickelschritt aber aus einem zwingenden Grunde geändert, dann muß gleichzeitig auch die Leiterzahl je Nute geändert werden, wenn der Motor seine ursprüngliche Leistungscharakteristik beibehalten soll (der Regelfall). 346

Da sich aber auch das betriebliche Verhalten des Motors durch die Wahl eines anderen, als den ursprünglichen Wickelschritt ändert (z. B. der Anlaufvorgang bei Käfigläufer sowie die Geräuschbildung), so ist auch aus diesem Grunde von einer Änderung des ursprünglichen Wickelschrittes abzuraten. Das bezieht sich ganz besonders auf polumschaltbare Drehstrommotoren und solche für Schweranlauf. Es hat sich in den Instandsetzungswerkstätten die Erkenntnis durchgesetzt, daß die Formspulen-Träufelwicklung weniger Wickelzeiten und weniger Wickeldraht erfordert, als die Einschicht-ZweietagenWicklung mit Spulen ungleicher Weite. Aus diesem Grunde ist es in letzter Zeit fast zur Gewohnheit geworden, vorgefundene Einschicht-Zweietagen-Wicklungen durch eine Einschicht- oder Zweischichtenwicklung mit Spulen gleicher oder ungleicher Weite zu ersetzen. Geschieht dies unter Beibehalt der Ursprungs-Wickeldaten, dann ändert sich in jedem Falle die Charakteristik des Motors und zwar in der Regel nachteilig. Diese Tatsache wird leider noch sehr oft übersehen und die Folge hiervon ist, daß alle diese Motoren nicht mehr die ursprünglichen Leistungs- und Gütewerte (Leistung, Leistungsfaktor, Wirkungsgrad usw.) aufweisen. In manchen Fällen wird dies zwar äußerlich nicht erkennbar sein und es ist auch möglich, daß der Motor noch seinen früheren, betrieblichen Anforderungen entspricht. Würde mein den Motor jedoch einer ordnungsmäßigen Leistungsmessung unterwerfen dann würden die Unterschiede greifbar in Erscheinung treten. Bei schwieriger gelagerten Fällen kann es aber vorkommen, daß der Motor sein ursprüngliches Anlaufmoment (z. B. bei Schweranlauf) nicht mehr besitzt, schlechter anläuft (Käfigläufer), stärkere Geräusche beim Anlauf und während des Betriebes verursacht, mehr Strom verbraucht oder sonstwie nicht mehr die ursprünglichen Betriebseigenschaften aufweist und beanstandet wird. Soll aus irgendeinem vertretbaren Grunde die vorgefundene Wicklungsart durch eine andere ersetzt werden, dann ist dies nur dadurch möglich, daß alle Forderungen, die hieraus entstehen können, durch entsprechende Maßnahmen berücksichtigt werden. Der verkürzte Wickelschritt wird aber nicht nur zur Verbesserung des betrieblichen Verhaltens der Drehstrom-Käfigläufermotoren angewandt, sondern man erspart auch gleichzeitig durch die Schrittverkürzung Wicklungsmetall und Wickelzeit. Die Wicklung mit verkürztem Wickelschritt beansprucht außerhalb der Nuten weniger Wicke] räum 347

(der Wickelkopf wird kleiner) und die verkürzten Spulen erleichtern die ganze Wickelarbeit nicht unerheblich. Die Einsparung von Wickelmetall steht in einem scheinbaren Widerspruch mit der erwähnten Tatsache, daß bei verkürzten Wickelschritten die Leiterzahl je Nute erhöht werden muß. In Wirklichkeit ist es aber so, daß durch die Verkürzung des Schrittes die gestreckte Länge einer Wicklungsphase kürzer wird (die Entfernung von Nute zu Nute wird ja kürzer) und hierdurch der Mehrbedarf durch die erhöhte Leiterzahl nicht nur ausgeglichen, sondern darüber hinaus noch Wickelmetall gespart wird. Allerdings trifft dies nur bei Kürzungen zu, die nicht weniger als etwa 80% des ungesehnten Wickelschrittes ( = Polteilung) betragen. Es ist daher erklärlich, daß seitens der Instandsetzungsfachleute der verständliche Wunsch besteht, dieser Vorteile durch Änderung einer vorgefundenen Wicklungsart teilhaftig zu werden. Hierzu ist es aber notwendig, daß die prozentuale Erhöhung der Leiterzahl je Nute je nach dem Ausmaß der Sehnung richtig festgelegt wird und zur Anwendung kommt. Maßgebend für die prozentuale Leiterzahlerhöhung ist das Maß, um welchen Betrag die Kürzung (Sehnung) vorgenommen wird. Bei einer 4 poligen Wicklung mit 36 Nuten und einer Zweischichten Wicklung mit Spulen gleicher Weite findet man oft den Wickelschritt 1—8. Der ungesehnte Schritt würde 36 : 4 = 9 (also 1—10) betragen. Bei Schritt 1—8 ist der ungesehnte Schritt also um 2 Nuten verkürzt. Derselbe beträgt daher 7/9 = 77,8% des ungesehnten Wickelschrittes. In diesem Falle muß die Leiterzahl des ungesehnten Schrittes um 6—7% erhöht werden. Die Auswirkung der Sehnung tritt um so geringer in Erscheinung, je geringer die Polzahl und je höher die Nutenzahl ist. Umgekehrt tritt das Ergebnis der Kürzung um so stärker hervor, je höher die Polzahl und je geringer die Nutenzahl ist. Kürzt man beispielsweise bei einer 4poligen Wicklung mit 24 Nuten den ungesehnten Schritt (24 : 4 = 6, also 1—7) um 2 Nuten auf 1—5, dann beträgt die Kürzung 4/6 = 66,7% vom ungesehnten Wickelschritt. Die Leiterzahlerhöhung beträgt dann = 15—16% der ungesehnten Leiterzahl, also wesentlich mehr, als bei 36 Nuten 4polig. Wird dagegen bei einer 2 poligen Wicklung und 36 Nuten der Wickelschritt von 1—19 (ungesehnt) auf 1—17 verkürzt, dann braucht die ungesehnte Leiterzahl nur um etwa 1,5% erhöht werden. 348

Die prozentuale Erhöhung steigt sehr schnell höher, wenn die Sehnung weniger als etwa 80 % des ungesehnten Schrittes ausmacht. Der Einfachheit halber sollen nachstehend die prozentualen Erhöhungen der Leiterzahl je Nute für 2, 4, 6polige Dreiphasenwicklungen angeschrieben werden (siehe Spalten 7, 10, 13):

2 pol.

Nutenzahl bei:

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Q. CO

o Q. CO

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5

zh

W.Schr.

§

Zh

W.Schr.

5

Zh

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1 7 1 4

18 36 54 72

1 10 0,96 0% 1 :9 1 7 0,832 15,2% 1 : 6

0,945 1,5% 1 : 8 0,735 30,8%

0,902

M%

24 48 72 96

1 13 0,958 1 10 0,885 1 7 0,678

0,946 0,83

1,2% 1:11 15,4% 1 : 8

0,926 0,76

3,6% 26%

30 60 90

1 16 0,957 0% 1 15 0,947 1 13 0,91 5,1% 1 12 0,874 1 10 0,774 23,7% 1 9 0,71

1% 1 : 1 4 9,5% 1: 11 35%

36 72

1 19 0,956 0% 1 18 0,947 1 16 0,923 3,5% 1 15 0,898 1 13 0,829 15,2% 1 12 0,783

0,8% 1 : 17 0,942 1,5% 6,3% 1 : 14 0,866 10,2% 22% 1 : 1 1 0,732 30,8%

48 96

1 1 1 1

1

2

3

4

0,966 0% 1 :6 0,684 41,2%

0% 1 : 1 2 8,2% 1 : 9 41%

25 0,955 0% 22 0,937 1,9% 19 0,881 8,2% 16 0,794 20,2% 5

6

7

1 1 1 1

24 21 18 15 8

0,934

3,6% 1 : 5

0,948 0,8% 1 :23 0,923 3,3% 1 :20 0,856 11,4% 1 : 17 0,757 26% 1 : 14 9

10

11

0,837 15,4%

0,935 2,3% 0,829 15,2%

0,944 1,2% 0,902 6% 0,827 15,2% 0,716 33,1% 12

13

Aus dem Beispiel 2polig 36 Nuten ist ersichtlich, daß die Verkürzung des Wickelschrittes recht erheblich sein kann. Es kommt im Einzelfalle darauf an, was durch die Sehnung erreicht werden soll. In der Regel wird aber die Sehnung auf etwa 80% des ungesehnten Schrittes (z. B. bei 36 Nuten 4polig auf 1—8) festgelegt. In Sonderfällen findet man jedoch, daß der Hersteller des Motors den Wickelschritt wesentlich kürzer gewählt hat. Es handelt sich dann um Spezialmotoren, die beispielsweise hinsichtlich der Geräusche hohen Anforderungen entsprechen sollen (z. B. Setzmaschinenmotoren, Kühlschrankmotoren u. a.). 349

Der Aufwand an Leitermetall ist bei solchen Motoren folgerichtig höher, da, wie aus den Tabellen hervorgeht, die prozentuale Erhöhung der Leiterzahl bei solchen Verkürzungen erheblich ins Gewicht fällt. Es ist erklärlich, daß durch die Einsparung von Leitermetall auch die sogenannten Kupferverluste in der Ständerwicklung geringer werden (Verkürzung der gestreckten Drahtlänge einer Wicklungsphase). Die Herabsetzung der Kupferverluste ist aber gleichbedeutend mit einer Erhöhung des Wirkungsgrades des Motors. Es sollen nun die Vorteile der Sehnung des Wickelschrittes bei Dreiphasenwicklungen nochmals zusammengefaßt werden: V o r t e i l e der v e r k ü r z t e n W i c k e l s c h r i t t e 1. Bei Kürzungen bis etwa 80% des ungesehnten Schrittes wird Leitermetall eingespart. 2. Hierdurch wird der Wirkungsgrad des Motors durch Herabsetzung der Ständer-Kupferverluste erhöht. 3. Die schädlichen Oberwellen in der Ständerwicklung, die den störungsfreien Anlauf der Käfigläufer und die Geräuschbildung beeinflussen, werden unterdrückt. 4. Die Wickelköpfe auf den Stirnseiten der Ständer werden kleiner. Sie benötigen daher einen kleineren Wickelraum, als bei ungesehnten Wicklungen. 5. Verkürzte Spulen erleichtern die Wickelarbeit, besonders bei 2 poligen Motoren. Daher Herabsetzung der Arbeitszeit und des Gestehungspreises der Wicklung. Die vorstehende Zusammenfassung der Vorteile des gesehnten Wickelschrittes läßt in aller Deutlichkeit den wirtschaftlichen Wert dieser Maßnahme erkennen. Die Darlegungen lassen aber auch keinen Zweifel darüber, daß die Wahl der Wicklungsart und des Wickelschrittes bei Dreiphasenwicklungen wohlüberlegt werden muß. Die in einer Instandsetzungswerkstatt elektrischer Maschinen anfallenden Arbeiten gehen über die einfache Nachbildung einer vorgefundenen Wicklung heute weit hinaus. Die Anforderungen, die an den verantwortlichen Leiter der Wickelei gestellt werden müssen sind mit der Zeit der Entwicklungsjahre erheblich gestiegen und steigen unentwegt weiter, wie aus den vorstehenden Darlegungen hervorgeht.

350

Dreiphasen-Zwelschichten-Schleifen-Stabwicklungen mit gesehntem Wickelschritt Die aus der Gleichstrom-Ankerwickelei bekannte ZweischichtenSchleifenwicklung wird als aufgeschnittene, in 3 Wicklungssträngen zerlegte Zweischichtenwicklung auch in der Drehstromwickelei angewandt. Um hierbei aller Vorteile der Zweischichtenwicklung teilhaftig zu werden, wird in gegebenen Fällen auch von dem gesehnten (verkürzten) Wickelschritt Gebrauch gemacht. Als Beispiel soll nachstehend der Entwurf einer 2-poligen Dreiphasen-Zweischichten-Stabwicklung mit 18 Nuten, je Nute 6 Stäbe, total also 18 • 6 = 108 Stäben, einer Betrachtung unterzogen werden. Zu diesem Zweck werden die Stäbe von 1—108 beziffert und hierbei davon ausgegangen, daß die ungeraden Stabzahlen — oben —, und die geraden Stabzahlen — unten — in den Nuten hegen (Abb. 308). Der ungesehnte Wickelschritt ergibt sich aus: Stabzahl = 108 Stäbe g 108 = M _ 1 = 5 g 53 = Polzahl 2 Pole 2 Nach der Verteilungstafel (Abb. 308) hegt der Stab - 1 - in Nute - 1 (links oben) und der Stab 54 in Nute - 9 - (rechts unten). Im vorhegenden Falle wurde der gesehnte Wickelschritt Stab 1 + 43 = 44 angewandt. Stab 44 hegt (um 1 Nut verkürzt) in Nute 8 (links unten). Die 3 Phasenanfänge Hegen am Läuferumfang um 120° voneinander entfernt (oben in den Nuten). Die Form der Stäbe ergibt sich bei der Schleifenwicklung1) aus Abb. 309. Das vollständige Wicklungsschaltbild zeigt Abb.-5-. Zum Vergleich ist in Abb. 310 die Stabform und der Wicklungsverlauf einer Dreiphasen-Zweischichten-Reihen-Stabwicklung dargegestellt. Nach der Tabelle, Abb. 311 entfallen je Phase bzw. Wicklungsstrang 108:3 = 36 Stäbe, wovon 18 Stäbe im fortschreitenden und 18 Stäbe im rückschreitenden Sinne in Serie geschaltet sind. Die Phase U — X beginnt mit Stab Nr. -1- in Nute -1- (links oben). Bezogen auf die Stabzahl -108- ist der Wickelschritt = ± 43 / — 41. Der Wicklungsverlauf für die obere Phasenhälfte (Stranghälfte) ergibt sich aus: (1) + 43 = (44) — 41 = (3) + (43) = (46) — 41 = (5) + 43 = (48) — 41 = (7) + 43 = (50) — 41 = (9) + 43 = (52) — 41 = (11) + 43 = (54)—41 = (13) + 43= (56) —41=(15) + 43=(58) —41 = (17) +43=(60). Für Reihen-Stabwicklungen siehe Raskop „Das Berechnungsbuch des Elektromaschinenbauers" 8. Aufl., S. 93 und 103.

351

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Abb. 309. Stabform und JWicklungsverlauf bei Schleifenwicklungen

Abb. 310. Wicklungsverlauf bei einer Dreiphasen-ZweischichtenReihen-Stabwicklung (Vergleich zur Schleifenwicklung)

Der Umkehrschritt ist (36 + 18) = — 54. Stab-Nr. (60) — 54 = (6) (Umkehrverbindung) I I Die untere Stranghälfte wird mit dem — Zeichen wie folgt errechnet. Schritt — 43, + 41. (6) — 43 = 6 — 37 = 108 Stäbe — 37 = Stab (71) + 41 = 112, 108 Stäbe = (4) = 43 — 4 = 39 = 108 — 39 = (69} + 14 = 110 — 1 0 8 = (2) 43 — 2 = 41 = 108 Stäbe — 41 = (67) + 41 = (108) — 43 = (65) + 41 = (106) — 43 = (63) + 41 = (104) —43 = (61) + 41 = (102) — 43 = (59) + 41 = (100) — 43 = (57) + 41 = (98) — 43 = (55) Kontrolle: Addiert man zu dem Anfangsstab -1- die Schrittzahl -54-, dann ergibt sich der Endstab einer Phase aus (1) + 54 = (55), Phase V — Y = 73 + 54 = 127 — 1 0 8 Stäbe = (19), Phase W — Z = 37 + 54 = (91). Die Anfangsstäbe der 3 Wicklungsstränge werden durch Addition der Zahl 108:3 = (36) ermittelt. Stab (1) + 36 = (37) + 36 = (73). Es wurde absichtlich ein Beispiel mit mehr als 2 Stäben/Nute gewählt. Von anderer Seite wurde ein Verfahren angegeben, nach welchem 23

l i n s k o p , Katechismus, 14. Aufl.

353

Phase U - X

A b b . 311. 2polige Dreiphasen-Zweischichten-Schleifen-Stabwicklung mit gesehntem Wickelschritt ( N u t e 1—«, S t a b 1—44), 18 Nuten, 108 S t ä b e , j e N u t e 6 Stäbe, j e Wickelstrang 2. 18 = 36 Stäbe. (Entspricht der 2poligen SSW-Type R)

die Nutenzahl zugrundegelegt und die örtliche Lage der einzelnen Stäbe bezogen auf die Nutenzahl errechnet wird. Dieses Verfahren reicht nicht aus, wenn je Nute mehr als 2 Stäbe (z. B. 4, 6, 8 usw. Stäbe) vorhanden sind. In diesen Fällen kann die örtliche Lage der Stäbe in den Nuten nur unter Zugrundelegung der effektiven Stabzahl, wie vorstehend dargelegt, ermittelt werden. Für die Herstellung der Wicklung enthält das Schema gemäß Abb. 311 die erforderlichen Werkstattangaben. 354

355

Vereinfachte Schaltbilder für Dreiphasen-Zweischichten-Wicklungen, 2, 4, 6,'8 polig für alle Wickelschritte und Nutenzahlen 2 polig

Abb. 313. Dreiphasen-Zweischichten-Formspulenwicklung mit Spulen gleicher oder ungleicher Weite, f ü r alle Wickelschritte und Nutenzahlen. 2 polig, je Phase 2 Spulen in Serie

356

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© Abb. 314. Dreiphasen-Zweischichten-Formspulenwicklung mit Spulen gleicher oder ungleicher Weite, f ü r alle Wickelschritte und Nutenzahlen, 2 polig, je Phase 2 Spulen parallel

357

4 polig ©

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Abb. 315. Dreiphasen-Zweischichten-Formspulenwicklung mit Spulen gleicher oder ungleicher Weite, f ü r alle Wickelschritte und Nutenzahlen, 4 polig, je Phase 4 Spulen in Serie

358

4 pollg

Abb. 316. Dreiphasen-Zweischichten-Formspulenwicklung mit Spulen gleicher oder ungleicher Weite, f ü r alle Wickelschritte und Nutenzahlen, 4 polig, je Phase 2 Spulen parallel

359

4 polig

360

6 polig

Abb. 318. Dreiphasen-Zweischichten-Formspulenwicklung mit Spulen gleicher oder ungleicher Weite, f ü r alle Wickelschritte und Nutenzahlen, 6 polig, je Phase 6 Spulen in Serie

361

6 polig

oder ungleicher Weite, f ü r alle Wickelschritte und Nutenzahlen, 6 polig, je Phase 2 Spulen parallel

362

6 polig

3 Spulen parallel

363

6 polig ©

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Abb. 321. Dreiphasen-•Zweischichten-Formspulenwicklung mit Spulen gleicher oder ungleicher Weite, f ü r alle Wickelschritte und Nutenzahlen, 6 polig, je Phase 6 Spulen parallel

364

8 polig

Abb. 322. Dreiphasen-Zweischichten-Formspulenwicklung mit Spulen gleicher oder ungleicher Weite, f ü r alle Wickelschritte und Nutenzahlen, 8 polig, je Phase 2 Spulen parallel

365

8 polig

Abb. 323. Dreiphasen-Zweischichten-Formspulenwicklung mit Spulen gleicher oder ungleicher Weite, f ü r alle Wickelschritte und Nutenzahlen, 8 polig, je Phase 4 Spulen parallel

366

8 polig

Abb. 324. Dreiphasen-Zweischichten-Formspulenwicklung mit Spulen gleicher oder ungleicher Weite, f ü r alle Wickelschritte und Nutenzahlcn. 4 polig, je Phase 8 Spulen parallel

367

4 / 2 polig, polumschaltbar

Abb. 325. Dreiphasen-Zweischichten-Formspulenwicklung f ü r Polumschaltung nach Dahlander f ü r Wicklungen mit Spulen gleicher oder ungleicher Weite, f ü r alle Wickelschritte und Nutenzahlen, 4/2 polig, Dreieck/Doppel-Sternschaltung

368

8 / 4 polig, polumschaltbar

Abb. 326. Dreiphasen-Zweischichten-Formspulenwicklung für Polumschaltung nach Dahlander, für Wicklungen mit Spulen gleicher oder ungleicher Weite, für alle Wickelschritte und Nutenzahlen, 8/4 polig, Dreieck/Doppel-Sternschaltung

24

R a s k o p , Katechismus, 14. Aufl.

369

12/6 p o l i g , p o l u m s c h a l t b a r

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