Röbelstab und Formspule: So wird die Wicklung im Großgenerator isoliert

Beim Großgenerator wird die Statorwicklung nicht aus Runddraht in die Nut gewickelt, sondern aus vorgeformten Formspulen oder Röbelstäben eingelegt. Im klassischen Elektromotor bringt man viele einzelne Drahtlagen in die Nut ein, um einen möglichst hohen Nutfüllfaktor zu erreichen, und das lässt sich in der Serie weitgehend automatisieren.

Formspulen und Röbelstäbe bestehen dagegen aus vorgeformten Flachkupferleitern, beim Röbelstab unterteilt in viele Teilleiter. Sie werden in offene Nuten gesetzt. Verschlossen wird die Nut anschließend mit einem Nutverschlusskeil statt mit einem Deckschieber. Weil die Hauptisolation beim Einlegen bereits aufgebracht ist, müssen Kupferquerschnitt, Isolation und Nutgeometrie schon in der Konstruktion zueinander passen.

Die Hauptisolation einer Formspule entsteht meist durch Bandagieren: Ein Band auf Mica-Basis wird überlappend um den Stab oder die Spule gewickelt. Mica, auf Deutsch Glimmer, ist besonders widerstandsfähig gegen Teilentladungen und deshalb im Hochspannungsbereich unverzichtbar. Bei Hochspannungsstäben gehören außerdem Außen- und Endenglimmschutz zum Isolationssystem: leitfähige und halbleitende Schichten, die Teilentladungen an der Oberfläche in der Nut und am Nutaustritt verhindern.

Je nach Isolationssystem kommen unterschiedliche Mica-Bänder zum Einsatz, mit Trägern aus PET-Folie, Polyimidfolie oder Glasgewebe. Dazu kommen Bänder ohne Glimmer, etwa gewebtes Polyesterband und Glasgewebebänder. Gängige Breiten sind 15, 20, 25 und 30 mm.

In der Serienfertigung beim OEM übernehmen Maschinen das Bandagieren, etwa sogenannte Flat Coil Taping Machines von Micamation. Sie wickeln das Isolierband automatisiert und definiert um die Formspule. In der Reparatur werden Formspulen und Röbelstäbe dagegen häufig von Hand bandagiert. Dort geht es um einzelne große Maschinen, deren Wert eine Neuwicklung oder Überholung eher rechtfertigt als bei kleinen Motoren.

Neben der Bandagierung gibt es einen Aufbau, bei dem Mica Bestandteil eines mehrlagigen Laminats ist. Ein Beispiel ist Nomex® / Mica / PET / Nomex, also Aramidpapier auf beiden Außenseiten, innen Glimmer und Polyesterfolie.

Aus solchen Laminaten entstehen große Nutkästen, die entsprechend der Nutgeometrie gefalzt sind. Sie werden mehrlagig um die Formspule gelegt oder als zusätzliche Isolation in der Nut eingesetzt. Ein Nutkasten deckt dabei nur den Nutteil ab, außerhalb der Nut braucht der Stab weiterhin eine durchgehende Isolation. Gefalzte Isolierteile in großen Längen sind unser Kerngebiet, mehr dazu unter Falzen, Formen und Biegen. Ob sich ein bestimmter Nutkasten als Falzteil umsetzen lässt, klären wir anhand Ihrer Zeichnung.

VPI und Resin Rich sind die zwei Isolationskonzepte, die bei Hochspannungswicklungen vor allem relevant sind. Sie unterscheiden sich darin, wann das Harz in die Isolation kommt.

Beim VPI-Verfahren (Vacuum Pressure Impregnation) arbeitet man mit einem zunächst harzaufnahmefähigen Isolationssystem, etwa porösen Glimmerbändern. Die Wicklung wird anschließend unter Vakuum und Druck mit Harz imprägniert und danach ausgehärtet. Je nach Fertigungskonzept geschieht das für den kompletten Stator in einem gemeinsamen Prozess.

Beim Resin-Rich-Verfahren sind die Isoliermaterialien bereits mit Harz vorimprägniert. Jeder Stab und jede Formspule wird einzeln unter Wärme und Druck ausgehärtet und erst danach eingebaut.

Für die Isolierteile hat diese Wahl Folgen: Sie bestimmt die Materialauswahl, die Harzaufnahme, die Nutisolation und die endgültige Passung in der Nut. Bei VPI müssen auch die Teile rund um die Hauptisolation, etwa Nutkästen und Füllstreifen, mit dem Tränkharz verträglich sein und es möglichst aufnehmen, damit sie sich mit der Wicklung verbinden. Bei Resin Rich ist die Isolation beim Einbau bereits ausgehärtet, hier zählen vor allem Maßhaltigkeit und Passung in der Nut.

Rund um Röbelstäbe und Formspulen fertigen wir Nutisolation aus Laminaten und Teile mit abweichender Geometrie als Sonderteile. Glimmerbänder schneiden wir auf die benötigte Breite und liefern sie auf Rollen.

Nutverschlusskeile führen wir ergänzend im Lieferprogramm und längen sie passend zum Blechpaket ab. Welche Keilgeometrien es gibt und wann ein Keil den Deckschieber ersetzt, erklärt der Beitrag Deckschieber oder Nutverschlusskeil.

Für eine belastbare Anfrage zu Isolierteilen rund um Röbelstäbe brauchen wir fünf Angaben. Erstens das Isolationskonzept, also VPI oder Resin Rich, weil es Material und Harzaufnahme bestimmt. Zweitens den Aufbau: Bandagierung, Nutkasten aus Laminat im Nutbereich oder beides, jeweils mit Lagenzahl. Drittens das Material mit Schichtaufbau und Stärke. Viertens die Geometrie mit Nutgeometrie, Abmessungen und Länge, festgehalten in einer Zeichnung. Fünftens die Menge, ob Einzelmaschine, Reparatur oder OEM-Serie.

Beim Röbelstab ist die Isolation kein Einzelteil, sondern ein System aus Mica-Bändern, gegebenenfalls Laminat-Nutkästen, Nutisolation und Nutverschlusskeil, das zum gewählten Verfahren passen muss. Je früher Verfahren, Aufbau und Nutgeometrie feststehen, desto genauer lassen sich alle Isolierteile darauf abstimmen. Welche Teile wir für den Generatorenbau insgesamt liefern, zeigt die Seite Isolierteile für Generatoren, für Windenergieanlagen die Seite Windkraft.