Verfahren zur Bierstellung eines isolierten elektrischen Leiters mit einer Kunstharzisolierung Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Lei ter, wie z. B.. Metalldrähte, mit einer Kunstharzisol'ie- rung, die besonders dann von erheblichem Wert sind, wenn damit zu rechnen ist, dass der elektrische Leiter zeitweise Temperaturüberlastungen ausgesetzt ist, die die Gefahr von Kurzschlüssen mit sieh bringen.
Der artige kurzfristige Temperaturüberlastungen treten bei spielsweise bei Magnetwicklungen in Elektromaschinen, die überhöhten Anzugsmomenten unterworfen werden, wie z. B. bei Wicklungssystemen in Bohrmaschinen und Küchengeräten, bei denen die sogenannte Schmorfestig- keit eine grosse Rolle spielt, auf, da die Wicklungen bei der Belastung kurzfristig auf Temperaturen oberhalb von 300 C erhitzt werden können. Die Kunst'harzisolie- rungen dürfen sich bei derartigen Temperaturen nicht zersetzen oder verflüchtigen,
da sonst Kurzschlüsse auf treten.
Es sind bereits elektrische Leiter mit einer Kunst harzisolierung bekannt, die aus einem hydroxylgruppen- haltigen Terephthalsäurepolyester besteht, der .durch Zugabe eines Isocyanuratderivats aus trimerisiertem Di- isocyanat vernetzt wurde.
Diese bekannten isolierten elektrischen Leiter besitzen zwar eine verbesserte Thermostabilität, jedoch ist ihre Temperaturüberlast- barkeit nur ziemlich begrenzt, so d'ass bei ihnen die Ge fahr :eines Durchschmorens und von Kurzschlüssen bei kurzzeitigen starken Erwärmungen nicht beseitigt ist.
Auch ist es. bekannt, Lackisolierungen in der Weise her zustellen, dass man Terephthalsäurepolyester mit Umset zungsprodukten aus Polycarbonsäuren und Diaminen zur Reaktion bringt, :
doch ist auch die Temperaturüber- lastbarkeit in diesem Falle stark begrenzt. Insbesondere besitzen aber diese isolierten elektrischen Leiter auch eine geringe mec'hanisc'he Festigkeit, die häufig zu Feh lern führt, wenn diese bekannten elektrischen Leiter unter den rauhen Verarbeitungsbedingungen zu Wick lungssystemen verarbeitet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es nun, isolierte elek trische Leiter herzustellen, die eine Isolierung mit er höhter Kerbfestigkeit, :erhöhter Lebensdauer-Grenztem- peratur und einer ausgezeichneten Kurzsch'lussfestigkeit bei Temperaturen oberhalb 300 C und bis zu etwa 350 C besitzen. Elektrische Leiter mit diesen Vortei len erhält man nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch ge kennzeichnet, dass man den elektrischen Leiter mit einem Umsetzungsprodukt eines Polyesters aus a) Terephthal- säure, b) mindestens einem mehrwertigen Alkohol, der von Tris-(2-hydroxyä'thyl)-iso,cyanurat verschieden ist, und:
c) Tris-(2-hydroxyäthyl)-isocyanurat und/oder Tris- (2-carboxyäthyl)-isocyanurat mit einem Kondensations produkt aus Trimellithsäureäthylenglykol'@triester und einem aromatischen Diamin überzieht.
Selbstverständlich muss nicht die Verwendung aller zu den genannten Verbindungsgruppen führender Ver bindungen zu gleichwertigen Ergebnissen führen. Als besonders zweckmässig hat es sich erwiesen, als mehr wertigen Alkohol bei der Herstellung der Lackisolierung Athylenglykol zu verwenden. Als aromatisches Diamin zur Gewinnung des Kondensationsproduktes mit Tri- mellithsäuTetriäthylenglykol sind besonders solche Di amine geeignet, die die Formel
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haben, worin x (CHF)", O, S oder SO2 bedeutet, wobei n eine ganze Zahl von 1 bis 4 sein kann.
Als besonders vorteilhaft erwiesen sich dabei die aromatischen Di amine, Diaminodiphenylmethan, Diaminodiphe:nylät'her, Diaminodiphenyl'propan und Diaminodip'henylsulfon.
Weiterhin wurde festgestellt, .dass besonders hoch wertige isolierte elektrische Leiter erhalten werden, wenn das molare Verhältnis .der Terephthalsäuregrup- pen zu den Isocyanuratgruppen etwa 1 : 0,5 und das Gewichtsverhältnis von Polyester zu dem Kondensa tionsprodukt aus Trimellithsäuretriäthylenglykal und aromatischem Diamin etwa 1 : 1 beträgt.
Bei der Verarbeitung von isolierten Drähten zu Wicklungssystemen ist es besonders wesentlich, bei den hohen Wicklungsgeschwindigkeiten auftretende mecha nische Belastungen auszuschalten, um die Ausschuss- quoten möglichst gering zu halten. Dabei besitzt das Mass .der Gleitfähigkeit eines Lackdrahtes besondere Be- deutung,
da von dieser Gleitfähigkeit das einwandfreie Einschiessen der einzelnen Windungen in die Nuten der Wicklung abhängt. Es erwies sich daher als ganz be sonders vorteilhaft, wenn die isolierten elektrischen Lei ter nach der Erfindung, sofern diese für Wicklungs systeme verwandt werden sollen, zusätzlich über der Isolierschicht einen Überzug besitzen, der aus. einem linearen Polyester aus Terephth:
alsäuredimethylester, p- Hydroxybenzoesäure und Äthylenglykol besteht. Zweck mässigerweise wird ein solcher zusätzlicher Überzug aus einer Kresollösung auf die Isolierschicht des elektrischen Leiters aufgebracht.
Die so gewonnenen elektrischen Leiter besitzen nicht nur eine hervorragende Oberflächenglätte, sondern auch eine sehr gute Kerbfestigkeit, wobei: optimale Eigen schaften erreicht werden, wenn der Anteil der Äther bindungen in dem linearen Polyester etwa 10 % beträgt. Solche Polyester können günstigerweise durch: Vakuum kondensation von Terephthalsäuredimethylester, p-Hy- droxybenzoesäure und Äthylenglykol gewonnen wer den.
Allgemein besitzen die isolierten elektrischen Leiter nach der Erfindung eine erhöhte Kerbfestigkeit, eine Lebensdauergrenztemperatur bis zu 200 C sowie eine Kurzschlussfestigkeit bis zu 350 C, was sie für die Verarbeitung zu Wicklungssystemen besonders geeignet macht, bei denen mit kurzzeitigen Temperaturüberlastun gen oberhalb von 300 C zu rechnen ist.
Die folgenden Beispiele und Vergleiche der physi- kalischen Eigenschaften mit denen bekannter Isolier- Tacksysteme dienen der weiteren Erläuterung der Er findung und der besonderen Vorteile der beanspruchten isolierten elektrischen Leiter.
<I>Beispiel 1</I> 194 g Dimethylterephthalat, 62 g Äthylenglykol, 130 g Tris-(2=hydroxyäthyl)-isocyanurat und 1 g Li- thiumnaphthenat wurden bei Temperaturen im Bereich von 170 C miteinander umgesetzt, bis 60g Methanol, das abdestillierte, abgespalten worden waren.
Getrennt hiervon wurden 192 g Trimelliths'äure- anhydrid und 186g Äthylenglykol bei Temperaturen um 170 C bis zu einer Säurezahl unter 50 verestert und an schliessend mit 150 g Diaminodiphenyl'methan versetzt.
Nach einer Temperatursteigerung auf 200 C erhielt man. ein noch freie Amin- und Hydroxylgruppen ent- haltendes viskoses Produkt, von dem 300 g zur Um setzung mit dem anfangs hergestellten Polyester ver wendet wurden. Die Umsetzung dieses Polyesters mit dem Kondensationsprodukt aus Trimellithsäuretriäthy- lenglykol und Diaminodiphenylmeth.an erfolgte bei Tem peraturen um 220 , bis :
die Viskosität einer 35 % igen Lösung des Harzes in Kresol 2500 cP betrug.
35 Gewichtsteile dieses Harzes wurden mit 45 Ge wichtsteilen Kresol, 19 Gewichtsteilen Solventnaphtha und 1 Gewichtsteil polymerem Butyltitanat in üblicher Weise durch Vermischen zu einem Drahtlack verarbei tet, der in an sich bekannter Weise auf einen elektri schen Leiterdraht aufgebracht wurde.
Als Alternative wurden nach 5 Drahtpassagen durch das Isoherlack- bad 2 Drahtpassagen durch ein Überzugslackbad ange schlossen, das ein Kondensationsprodukt von Tere- phthalsäuredimethylester, p-Hydroxybenzoesäure und Äthylenglykol mit einem 10%igen Gehalt an Äther bindungen enthielt. Alls elektrische Leiter wurden hier bei 0,6-mm-Kupferdrähte verwandt.
Die so überzogenen Kupferdrähte mit oder ohne zusätzliche Lackschicht zur Erhöhung der Oberflächenglätte wurden auf eine Ofen temperatur von 420 C erhitzt, um in üblicher Weise ein Einbrennen der Lackschichten zu erreichen.
<I>Beispiel 2</I> 194 g Dimethylterephthalat, 170 g Tris-(2-carboxy- äthyl)-isocyanurat, 186 g Äthylenglykol und 1 g Li- thiumnaphthenat wurden wie in Beispiel 1 bei etwa 170 C bis zu einer Säurezahl unter 50 verestert und anschliessend mit 300 g eines wie in Beispiel 1 gewonne nen Kondensationsproduktes von TrimeTl'ithsäuretri'äthy- lenglykol und Diaminodiphenylmethan versetzt sowie bei Temperaturen um 220 C bis zu einer Viskosität von 2500
.cP kondensiert. Die Herstellung des Drahtlackes und Aufbringung auf Kupferdrähte mit einer Dicke von 0,6 mm erfolgte ebenfalls wie in Beispiel 1.
Zum Vergleich .der physikalischen Eigenschaften der nach der Erfindung hergestellten isolierten elektrischen Leiter mit bekannten isolierten elektrischen Leitern wur den nach bekannten Methoden die folgenden beiden Iso- lierlacke hergestellt:
<I>Vergleichsbeispiel 3</I> In 45 Gewichtsteilen Kresol wurden 27 Gewichts teile Desmo:phen F 950 (Terephthalsäurepolyester der Firma Farbenfabriken Bayer, Leverkusen) 8 Gewichts teile Desmodur CT (blockiertes trimerisiertes Isocyanat), 19 Gewidhitsteile Solventnaphtha und 1 Gewichtsteil polymeres Butyltitanat gelöst.
<I>Vergleichsbeispiel 4</I> 115g Trimeldithsäureanhydrid wurden bei 150 C in 500 g Kresol gelöst, worauf 60 g Diaminodiphenyl- methan zugesetzt wurden. Sechs Stunden wurde dieses Gemisch auf 140 C gehalten und anschliessend abge kühlt, worauf die ausfallenden Kristalle durch Filtra tion und mehrmaliges Waschen mit Alkohol und Äther isoliert wurden.
Getrennt hiervon wurden 385g Dimethylterephtha- lat, 112 g Äthylenglykol und 75g Glycerin miteinan der umgesetzt und nach Zugabe von 137 g des wie oben gewonnenen Produktes aus Trime#llithsäureanhydrid und Diaminodiphenylmethan bei 215 C im Vakuum kon densiert.
Zur Gewinnung eines Drahtlackes wurden 35 Ge wichtsteile :dieses Kondensationsproduktes zusammen mit 1 Gewichtsteil polymerem Butyltitanat in 45 Ge wichtsteilen Kresol und 19 Gewichtsteilen Solvent naphtha gelöst.
Die nach -den Vergleichsbeispielen 3 und 4 gewon nenen Drahtlacke wurden in bekannter Weise auf Kup ferdrähte mit einer Dicke von 0,6 mm aufgebracht und bei einer Ofentemperatur von 420 C eingebrannt.
Ein Vergleich der physikalischen Eigenschaften er gab, dass die isolierten elektrischen Leiter nach der Er findung eine wesentlich bessere Wärmedruckfestigkeit, Wärmestandfestigkeit und Emerson Abriebfestigkeit so wie eine erhöhte Lebensdauergrenztemperatur gegen über den bekannten isolierten elektrischen Leitern be sassen. Die physikalischen Eigenschaften sind in der nachfolgenden Tabelle aufgeführt.
Dabei sind die Lacke 1 und 2, die nach den Beispielen 1 und 2 nach der Er- findung gewonnenen Drahtlacke ohne überzugsschicht zur Verbesserung der Oberflächenglätte und die Draht- lacke 3 und 4 die nach den Vergleichsbeispielen 3 und 4 gewonnenen Lacksysteme.
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<I>Tabelle</I>
<tb> Lack <SEP> 1 <SEP> 2 <SEP> 3 <SEP> 4
<tb> Ofentemperatur <SEP> beim <SEP> Einbrennen <SEP> 420 <SEP> C <SEP> 420 <SEP> C <SEP> 420 <SEP> C <SEP> 420 <SEP> C
<tb> Drahtdurchmesser <SEP> 0,6 <SEP> mm <SEP> 0,6 <SEP> mm <SEP> 0,6 <SEP> mm <SEP> 0,6 <SEP> mm
<tb> Lackzunahme <SEP> 0,04 <SEP> mm <SEP> 0,04 <SEP> mm <SEP> 0,04 <SEP> mm <SEP> 0,04 <SEP> mm
<tb> Abzugsgeschwindigkeit <SEP> 7 <SEP> m/min <SEP> 8 <SEP> m/min <SEP> 4 <SEP> m/min <SEP> 5 <SEP> m/min
<tb> Max. <SEP> Aussenfaserdehnbarkeit <SEP> <B>100% <SEP> 100% <SEP> 80% <SEP> 100%</B>
<tb> Max. <SEP> Aussenfaserdehnbarkeit <SEP> nach
<tb> Alterung <SEP> von <SEP> 50 <SEP> Std. <SEP> - <SEP> 200 <SEP> C <SEP> <B>60%</B> <SEP> 40% <SEP> <B>80%</B> <SEP> 35
<tb> Max.
<SEP> Hitzeschockfestigkeit <SEP> einer
<tb> einfachen <SEP> Wickelrolle <SEP> 200 <SEP> C <SEP> 240 <SEP> C <SEP> 140 <SEP> C <SEP> 240 <SEP> C
<tb> Wärmedruckfestigkeit <SEP> 300 <SEP> C <SEP> 340 <SEP> C <SEP> 280 <SEP> C <SEP> 260 <SEP> C
<tb> Wärmestandfestigkeit <SEP> bei <SEP> 180 <SEP> C
<tb> (bei <SEP> 500 <SEP> Volt <SEP> und <SEP> 500 <SEP> g <SEP> Belastung) <SEP> 100 <SEP> h <SEP> 100 <SEP> h <SEP> 40 <SEP> h <SEP> 20 <SEP> h
<tb> Standfestigkeit <SEP> von <SEP> AIEE <SEP> 510
<tb> Motorettenspulen <SEP> im <SEP> Kurzschluss <SEP> 25 <SEP> Min. <SEP> 35 <SEP> Min. <SEP> 4 <SEP> Min. <SEP> 8 <SEP> Min.
<tb> Emerson-Abriebfestigkeit <SEP> 25 <SEP> pound:
<SEP> 29 <SEP> pound <SEP> 12 <SEP> pound <SEP> 8 <SEP> pound
<tb> Temperaturknickpunkt <SEP> des
<tb> Verlustfaktors <SEP> 190 <SEP> C <SEP> 210 <SEP> C <SEP> 130 <SEP> C <SEP> 170 <SEP> C
<tb> Lebensdauergrenztemperatur <SEP> nach
<tb> AIEE <SEP> 57 <SEP> 205 <SEP> C <SEP> 210 <SEP> C <SEP> 165<B><I>0</I></B> <SEP> C <SEP> 185<B>0</B> <SEP> C