DE102016203867A1 - Fester Isolationswerkstoff, Verwendung dazu und damit hergestelltes Isolationssystem - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen festen, insbesondere bandförmigen Isolationswerkstoff, dessen Verwendung in einem Vakuumimprägnierverfahren und ein damit hergestelltes Isolationssystem sowie eine elektrische Maschine mit dem Isolationssystem, insbesondere für den Mittel- und Hochspannungsbereich, nämlich für Mittel- und Hochspannungsmaschinen, insbesondere rotierende elektrische Maschinen im Mittel- und Hochspannungsbereich sowie Halbzeuge für elektrische Schaltanlagen. Der feste Isolationswerkstoff und das damit hergestellte Isolationssystem zeichnen sich dadurch aus, dass es anhydridfrei herstellbar ist, wobei der Härtungskatalysator ein Addukt aus einem 1H-Imidazols und/oder 1H-Imidazol-Derivats mit einer Oxirangruppenhaltigen Verbindung ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen festen, insbesondere bandförmigen Isolationswerkstoff, dessen Verwendung in einem Vakuumimprägnierverfahren und ein damit hergestelltes Isolationssystem sowie eine elektrische Maschine mit dem Isolationssystem, insbesondere für den Mittel- und Hochspannungsbereich, nämlich für Mittel- und Hochspannungsmaschinen, insbesondere rotierende elektrische Maschinen im Mittel- und Hochspannungsbereich sowie Halbzeuge für elektrische Schaltanlagen.
  • Elektrische Maschinen (Motoren, Generatoren) haben in der Vielzahl ihrer Längsnuten des Ständerblechpakets speziell geartete Spulenwicklungen oder Leiterstäbe, i. d. R. aus Kupfer oder einem anderen, hochleitfähigen, Material.
  • Im Falle eines elektrischen Motors, wird durch zeitlich selektive Bestromungen ein ringsum propagierendes Magnetfeld erzeugt, welches den in der Bohrung des Ständers aufgehängten und frei drehenden Rotor, welcher z. B. aufgrund einer Vielzahl an applizierten Permanentmagneten auf das induzierte Magnetfeld in Form von erzwungener Rotation reagiert, antreibt und so elektrische Energie in Bewegungsenergie umwandelt. Das Blechpaket liegt dabei elektrisch auf Masse, die Spulen hingegen auf hohem Kilovoltpotential. Die in die Statornuten eingepassten Spulen müssen demnach gegen Erdpotential elektrisch isoliert werden. Dazu wird eine jede Spule beispielsweise mit einem speziellen Band, beispielsweise Glimmerband, mehrfach und definiert-überlappt isoliert.
  • Glimmer wird bevorzugt verwendet, da es als partikel-, insbesondere als plättchenförmiger, anorganischer Barrierewerkstoff die elektrische Erosion unter elektrischen Teilentladungen wirkungsvoll und lange, beispielsweise über die gesamte Lebensdauer der Maschine zu retardieren vermag und gute chemische sowie thermische Beständigkeit aufweist. Glimmerbänder bestehen aus Glimmerpapier und einem oder mehreren Trägern, z. B. Gewebe, Folie(n), die über einen Bandkleber miteinander verbunden sind. Glimmerbänder sind nötig, da Glimmerpapier allein nicht die für einen Isolationsprozess nötige mechanische Festigkeit aufweist. Je nach Anwendung können dem Bandkleber Additive zugegeben sein, z. B. Härtungskatalysatoren, die initiierend auf die thermische Härtung eines extern beaufschlagten Imprägniermittels wirken, nachdem die mit Glimmerband isolierten Spulen in die Ständerblechpakete eingepasst und elektrisch geschaltet sind, wird zur Vermeidung von Teilentladungen während des späteren Betriebs die Luft in den Hohlräumen der Wicklungen und insbesondere in den Nutspalten des Ständerblechpakets eliminiert. Da dieser Abstand von bestromter, isolierter Spule zum Blechpaket in der Regel so klein wie möglich gehalten wird, sind dort Feldstärken von mehreren kV/mm keine Seltenheit. Dementsprechend wird das Isolationsmaterial beansprucht.
  • Als Imprägniermittel nach dem Stand der Technik haben sich thermisch härtbare Epoxidharz/Anhydridgemische für Vakuumimprägnierprozesse als geeignet erwiesen.
  • Sie werden zur Imprägnierung der aus ihren Einzelteilen zusammengesetzten Statoren der elektrischen Maschinen mit den eingepassten und glimmerbandisolierten Spulen bzw. zur Spulen oder Leiterstab Einzelimprägnierung eingesetzt.
  • Während eines speziellen Vakuumimprägnierprozesses, dem VPI(vacuum pressure impregnation)-Verfahren, werden diese Statoren oder Spulen bislang im Ganzen mit einer dünnflüssigen Epoxidharz-Phthalsäureanhydrid-Formulierung in einer Vakuumkammer geflutet und anschließend unter Druckbeaufschlagung imprägniert. Die Endaushärtung erfolgt im Regelfall unter Normaldruck im Industrieofen. Dabei hat der Härtungskatalysator die Funktion, dass das dünnflüssige Imprägniermittel, gewöhnlich aus Epoxidharz und Phthalsäureanhydrid, bei einer vorgegebenen Temperatur in einer bestimmten Zeit geliert. Der industrielle Standard dazu ist bislang als Imprägniermittel eine Mischung aus destilliertem Bisphenol-A-Diglycidylether und Methylhexahydrophthalsäureanhydrid. Diese Mischung ist ausreichend dünnflüssig, um die komplette Imprägnierung der Bandisolation einerseits und in Abwesenheit von Härtungskatalysatoren eine ausreichende Lagerstabilität andererseits zu gewährleisten. Der Härtungskatalysator ist in der Regel zumindest auch im festen Isolationswerkstoff, z. B. Glimmerband, enthalten. Dieses Glimmerband wird über den Bandkleber zusammengehalten, so ist es unabdinglich, dass der Bandkleber und der Härtungskatalysator zueinander inert sind.
  • Insbesondere ist vorteilhaft, wenn alle drei Komponenten, also Bandkleber, Härtungskatalysator und beaufschlagtes Imprägniermittel erst im Moment des Zusammentreffens während des VPI-Prozesses miteinander reagieren. So erreicht man bestmögliche Vernetzung sowie Anbindung, Kompatibilität und Lunkerfreiheit der Isolation, was wiederum zu einer optimierten Lebensdauer der beim Härten im Anschluss entstehenden „Hauptisolation” der elektrischen Maschine führt.
  • Wegen der toxikologischen Bedenken gegen die uneingeschränkte Verwendung von Phthalsäureanhydriden werden in Zukunft phthalsäureanhydridfreie oder überhaupt anhydridfreie Imprägniermittel auf Epoxidbasis Verwendung finden, die unter Einsatz von Härtungskatalysatoren polymerisiert werden.
  • Die neuen Härtungskatalysatoren werden auf die anhydridfreien Imprägniermittel abgestimmt sein. Es werden verstärkt anhydridfreie Imprägniermittel, wie aus den älteren Anmeldungen DE 10 2015 214 872.6 und DE 10 2015 213 534.9 deren Offenbarungsgehalt hiermit zum Inhalt der vorliegenden Beschreibung gemacht wird, bekannt, eingesetzt.
  • Dort werden als Härtungskatalysatoren zum einen Imidazole und/oder Pyrazole sowie deren Derivate vorgestellt und zum zweiten kovalent-verbrückte Di-Imidazol-Derivate und/oder kovalent-verbrückte Di-Pyrazol-Derivate als Härtungskatalysatoren die beispielsweise Kondensationsprodukte und/oder Additionsprodukte sind, vorgestellt. Diese sind Härtungskatalysatoren in festen Isolationswerkstoffen, die aufgrund der Molekülvergrößerung und ggf. zusätzlicher Wechselwirkungen am vormals elektrophilen Zentrum, eine geringere Flüchtigkeit als die einfachen (Alkyl)Imidazole zeigen. Trotz dieser geringeren Flüchtigkeit ist die Reaktivität gegenüber säureanhydridfreien Tränkharzen auf Epoxidharzbasis im Vergleich zu einfachen (Alkyl)Imidazolen nicht oder nur unwesentlich negativ beeinflusst. Somit stellen diese Systeme ausgezeichnete Härtungskatalysatoren von säureanhydridfreien Tränkharzen auf Epoxidharzbasis dar.
  • Trotzdem besteht weiterhin der Bedarf an neuartigen Härtungskatalysatoren für anhydridfreie Glycidylether-Epoxidharze und Glycidylester-Epoxidharze, insbesondere an solchen, die massenfertigungstauglich aus gut verfügbaren Rohstoffen herstellbar sind und/oder eine bessere chemische Kompatibilität zu Epoxidharzen haben als die aus dem Stand der Technik bekannten Imidazole, Di-Imidazole, Pyrazole und/oder Di-Pyrazole.
  • Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen festen Isolationswerkstoff mit einem Härtungskatalysator zur Verfügung zu stellen, der die Nachteile des Standes der Technik überwindet. Außerdem ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verwendung des festen Isolationswerkstoffes in einem Vakuumimprägnierverfahren und schließlich eine elektrische Maschine mit einem derart hergestellten Isolationssystem zu schaffen, wobei ein Einsatz der atemwegssensibilisierenden Phthalsäureanhydride und/oder organischen Säureanhydriden im allgemeinen vermieden wird.
  • Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, wie sie in der Beschreibung, den Beispielen und den Ansprüchen offenbart wird, gelöst.
  • Demnach ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein fester Isolationswerkstoff, der zusammen mit einem anhydridfreien Imprägniermittel zur Herstellung eines Isolationssystems in einem Vakuumimprägnierprozess einsetzbar ist, wobei dieser einen Träger, einen Barrierewerkstoff, einen Härtungskatalysator und einen Bandkleber umfasst, der Härtungskatalysator und der Bandkleber zueinander inert sind, aber unter den Bedingungen der Vakuumimprägnierung mit einem anhydridfreien Imprägniermittel mit Gelierzeiten von 1 h bis 15 h bei Imprägniertemperatur abreagieren, wobei der Härtungskatalysator erhältlich ist durch eine Reaktion zumindest eines 1H-Imidazols und/oder 1H-Imidazol-Derivats mit einer Oxirangruppenhaltigen Verbindung.
  • Weiterhin ist die Verwendung des so hergestellten Isolationssystems in elektrischen Maschinen, bevorzugt in rotierenden elektrische Maschinen, besonders bevorzugt in rotierenden elektrische Maschinen im Mittel- und Hochspannungsbereich sowie in elektrischen Schaltanlagen, Mittel- und Hochspannungsanwendungen, Durchführungen, Transformatordurchführungen, Generatordurchführungen und/oder HGÜ-Durchführungen, sowie in entsprechenden Halbzeugen Gegenstand der Erfindung.
  • Schließlich sind noch elektrischen Maschinen, bevorzugt rotierende elektrische Maschinen, besonders bevorzugt rotierende elektrische Maschinen im Mittel- und Hochspannungsbereich sowie elektrische Schaltanlagen, Mittel- und Hochspannungsanwendungen, Durchführungen, Transformatordurchführungen, Generatordurchführungen und/oder HGÜ-Durchführungen, sowie entsprechende Halbzeuge, die ein derartiges Isolationssystem umfassen, Gegenstand der Erfindung.
  • Zwar ist der Härtungskatalysator durch eine Reaktion zumindest eines 1H-Imidazols und/oder 1H-Imidazol-Derivats mit einer Oxirangruppenhaltigen Verbindung erhältlich, er kann aber auch nach beliebigen anderen Synthesewegen hergestellt sein. Der Härtungskatalysator ist nur beispielsweise das Addukt eines 1H-Imidazols und/oder 1H-Imidazol-Derivats mit einer Oxirangruppenhaltigen Verbindung.
  • Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist der Härtungskatalysator, der beispielsweise ein Addukt eines 1H-Imidazols und/oder 1H-Imidazol-Derivats mit einer Oxirangruppenhaltigen Verbindung ist, eine Stickstoffdichte D im Bereich von beispielsweise 1 bis 15 mmol/g, insbesondere liegt D im Bereich von 1·10–3 mol/g < D < 13·10–3 mol/g bevorzugt von 2,5·10–3 mol/g bis 10·10–3 mol/g und am bevorzugtesten von 4,5·10–3 mol/g bis 9·10–3 mol/g auf. Die hier genannte massespezifische, polymerisationsbefähigte molare Stickstoffdichte D wird dabei durch die Einheit 10–3 mol/g (entsprechend einem tausendstel mol pro Gramm) definiert, die den Gehalt an Stickstoffatomen mit nicht-aromatischen und zugleich nicht-bindenden Elektronenpaaren pro Molekül angibt.
  • Beispielsweise kann die Stickstoffdichte der nachfolgenden Verbindung, die einen Härtungskatalysator nach dem Stand der Technik offenbart,
    Figure DE102016203867A1_0001
  • Struktur I: Stand der Technik herkömmlicher, Härtungskatalysator wie folgt ermittelt werden: die molare Masse des abgebildeten Moleküls, das einen herkömmlichen Härtungskatalysator nach dem Stand der Technik zeigt, beträgt M = 638,89 g/mol. Es besitzt 3 zur Polymerisation befähigte Stickstoffelektronenpaare und damit exemplarisch die Stickstoffreferenzdichte von 3 mol/638,89 g = 4,7·10–3 mol/g.
  • Mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, einem Härtungskatalysator, der ein Addukt eines 1H-Imidazols und/oder 1H-Imidazol-Derivats mit einer Oxirangruppenhaltigen Verbindung ist, gelingt es, einen Härtungskatalysator in bindemittelhaltigen Glimmerpapieren zu schaffen, der derart modifizierbar ist, dass er vakuumstabil bei Temperaturen von 50–80°C wird. Beispielsweise zeigt ein derartiger Härtungskatalysator einen Dampfdruck geringer als 10–4 mbar bei 70°C, sowie eine geeignete, dynamische Viskosität.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt der Härtungskatalysator eine dynamische Viskosität im Bereich von 1 bis 10000 Pa·s, insbesondere von 5 bis 5000 Pa·s und besonders bevorzugt im Bereich von 10 bis 3000 Pa·s.
  • Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeigt der Härtungskatalysator einen Dampfdruck bei Imprägniertemperatur kleiner 10–1 mbar, insbesondere bei 70°C im Bereich von 10–2 mbar bis 10–8 mbar, bevorzugt von 10 bis 10–7 mbar und insbesondere von 10–4 mbar bis 10–6 mbar.
  • Ein Härtungskatalysator, der gemäß der Erfindung eingesetzt wird und der erhältlich ist durch eine Reaktion zumindest 1H-Imidazols und/oder 1H-Imidazol-Derivats mit einer Oxirangruppenhaltigen Verbindung wird bevorzugt über eine Additionsreaktion, wie sie nachfolgend schematisch dargestellt ist, erhalten:
    Figure DE102016203867A1_0002
    Reaktionsgleichung I: Imidazolderivat-Additionsreaktion
  • Bevorzugt beträgt n = 1–4; R1, R2, R3 = Wasserstoff, Alkyl und/oder Aryl; R ist der Molekülrest der Oxirangruppenhaltigen Verbindung, also beispielsweise einer Glycidyleduktverbindung.
  • Figure DE102016203867A1_0003
    Reaktionsgleichung II: Pyrazolderivat-Additionsreaktion
  • Bevorzugt beträgt n = 1–4; R1, R2, R3 = Wasserstoff, Alkyl und/oder Aryl; R ist der Molekülrest der Oxirangruppenhaltigen Verbindung, also beispielsweise der Glycidyleduktverbindung.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Tabelle, die eine Zusammenstellung möglicher Edukte zur Herstellung des Härtungskatalysators, beispielsweise nach einem der in den Reaktionsgleichungen I und/oder II gezeigten Mechanismen, zeigt, näher erläutert.
  • Dabei stehen in den Zeilen beispielhafte oxirangruppenhaltigen Edukte und in den Spalten beispielhafte 1H-Imidazols und/oder 1H-Imidazol-Derivats: Insbesondere bedeuten bei der Spaltenbeschriftung die Abkürzungen
    • Im:
    1H-Imidazol;
    2m-Im:
    1H-2-Methylimidazol;
    2e-Im:
    1H-2-Ethylimidazol;
    2e-4m-Im:
    1H-2-Ethyl-4-Methylimidazol;
    4e-2Ph-Im:
    1H-4-Ethyl-2-Phenylimidazol und
    3,5m-Pyr:
    1H-3,5-Dimethylpyrazol
  • Die angegebenen Zahlenwerte entsprechen jeweils der Stickstoffdichte D des Härtungskatalysators, also des jeweiligen Additionsproduktes, wie sie oben beschrieben ist.
  • Also Oxirangruppenhaltige Verbindungen werden beispielsweise Glycidylether- und/oder Glycidylesterverbindungen eingesetzt. Beispielhafte Verbindungen sind in der nachfolgenden Tabelle aufgelistet, wobei immer auch -esterderivate und/oder sonstige für den Fachmann naheliegende Derivate der hier beispielhaft genannten Oxirangruppenhaltigen Verbindungen vom Umfang der Erfindung mit umfasst sind. Tab. 1: Beispiele für eingesetzte Edukte zur Herstellung des Härtungskatalysators
    Figure DE102016203867A1_0004
    Figure DE102016203867A1_0005
  • Beispiel:
  • Darstellung des Trimethylolpropantriglycidylether-Tris-(1H-2-Methylimidazol)-Adduktes:
  • Technischer Trimethylolpropantriglycidylether im 5%igen, molaren Unterschuss bezogen auf das 1H-Imidazolderivat wurde in einem Dreihalskolben mit Rückflusskühler, in dem sich 5 g 1H-2-Methylimidazol in 20 mL Toluol bei Raumtemperatur vorgelegt und 10 min bei 130°C unter Rückflusskochen gelöst befand, mittels eines Tropftrichters langsam unter Rühren zugetropft.
  • Es wurde einige Stunden anschließend unter Rückfluss gekocht. Danach konnte eine orange-farbene, klare, sehr zähe Flüssigkeit erhalten werden, die bei 50–100°C unter Vakuum getrocknet wurde.
  • Eine 5%ige (w/w) Zumischung zu destilliertem Bisphenol-A-Diglycidylether führte bei 70°C zur Gelierung sowie anionischer Härtung. Analog wurde beim Trimethylolpropantriglycidylether-Tris(1H-2-Ethyl-4-Methylimidazol)-Addukt, beim Neopentyldiglycidylether-Bis(1H-2-Ethyl-4-Methylimidazol)-Addukt und beim Bisphenol-F-Diglycidylether-Bis(1H-2-Methylimidazol)-Addukt verfahren, wobei der destillierte Bisphenol-F-Diglycidylether ebenfalls in Toluol vorgelöst wurde.
  • Als Bandkleber wird bei Vorliegen der genannten Addukte von 1H-Imidazol und/oder 1H-Imidazol-Derivaten mit Oxirangruppenhaltigen Verbindungen als Härtungskatalysator vorzugsweise ein Bandkleber, wie er in der DE 10 2015 205 328.8 beschrieben ist, deren Offenbarungsgehalt hiermit zum Gegenstand der vorliegenden Beschreibung gemacht wird, eingesetzt.
  • Des Weiteren kann im festen Isolationswerkstoff beispielsweise eine Verbindung, ausgewählt aus der folgenden Gruppe
    Tricyclomethandimethanol (CAS-Nr. 26896-48-0 bzw. 26160-83-8),
    Trimethylolpropan (CAS-Nr. 77-99-6),
    dendritische, hydroxy-funktionale Polymere (CAS-Nr. 326794-48-3 bzw. 462113-22-0),
    Polycaprolactontriole (CAS-Nr. 37625-56-2),
    Polycaprolactontetrole (CAS-Nr. 35484-93-6)
    eingesetzt sein.
  • Der Bandkleber verbindet den zumindest einen Träger und den Barrierewerkstoff im festen Isolationswerkstoff. Er ist im festen Isolationswerkstoff in einer Menge im Bereich von 1 bis 30 Gew%, bevorzugt 2 bis 15 Gew%, besonders bevorzugt 5 bis 10 Gew% enthalten.
  • Im festen Isolationswerkstoff liegt ein Träger in Form von Gewebtem, wie z. B. Glasfasergewebe, nicht Gewebtem („non-woven”), wie z. B. Vlies, insbesondere ein Polyestervlies, Papier und/oder Folie vor. Dabei kann der Träger in Form einer Folie auch perforiert sein.
  • An, in und/oder auf diesem Träger befindet sich im festen Isolationswerkstoff der bevorzugt partikelförmige Barrierewerkstoff.
  • Der Barrierewerkstoff liegt bevorzugt zumindest zum Teil plättchenförmig vor. Insbesondere kann beispielsweise Glimmer als Barrierewerkstoff eingesetzt werden. Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird ein beschichteter partikelförmiger Barrierewerkstoff eingesetzt. Insbesondere kann es sich um einen metalloxidisch beschichteten partikelförmigen Barrierewerkstoff handeln, beispielsweise um Zinn-, Zink-, Titan-oxidisch beschichtete Partikel handeln.
  • Dabei ist gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass es sich um eine dotierte Beschichtung des partikelförmigen, insbesondere plättchenförmigen Barrierewerkstoffes handelt.
  • Der Bandkleber verbindet den zumindest einen Träger und den Barrierewerkstoff im festen Isolationswerkstoff. Er ist im festen Isolationswerkstoff in einer Menge im Bereich von 1 bis 30 Gew%, bevorzugt 2 bis 15 Gew%, besonders bevorzugt 5 bis 10 Gew% enthalten.
  • Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung liegt der Härtungskatalysator, auch „Band-Härtungskatalysator oder auch „Bandbeschleuniger” genannt, im festen Isolationswerkstoff in einer Konzentration kleiner 10 Gew%, beispielsweise von 0,001 Gew% bis 7,5 Gew%, bevorzugt im Bereich von 0,01 bis 5 Gew%, besonders bevorzugt von 0,1 Gew% bis 3,5 Gew%, vor, so dass Gelierzeiten von mehreren Stunden realisierbar sind.
  • Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung initiiert der Härtungskatalysator die Polymerisation des Imprägnierharzes bei Temperaturen im Bereich von 20°C bis 100°C, bevorzugt von 50°C bis 80°C und insbesondere bevorzugt von 55°C bis 75°C.
  • Zur Erreichung einer geforderten Lagerstabilität im festen Isolationswerkstoff, beispielsweise bei Raumtemperatur und insbesondere bei mehreren Stunden andauernder Vakuumvorhalte- und Imprägniertemperatur, ist der Härtungskatalysator vergleichsweise inert zum Bandklebermaterial. Dies insbesondere auch unter den Bedingungen der Vakuumvorhalte- und/oder Imprägniertemperatur, die beispielsweise im Bereich zwischen 20°C und 100°C liegt, insbesondere zwischen 50°C bis 80°C, am bevorzugtesten zwischen 55°C bis 75°C. Beispielsweise als Bankleber geeignet sind Diole, Triole und/oder Polyole.
  • Die Erfindung betrifft einen festen, insbesondere bandförmigen Isolationswerkstoff, dessen Verwendung in einem Vakuumimprägnierverfahren und ein damit hergestelltes Isolationssystem sowie eine elektrische Maschine mit dem Isolationssystem, insbesondere für den Mittel- und Hochspannungsbereich, nämlich für Mittel- und Hochspannungsmaschinen, insbesondere rotierende elektrische Maschinen im Mittel- und Hochspannungsbereich sowie Halbzeuge für elektrische Schaltanlagen. Der feste Isolationswerkstoff und das damit hergestellte Isolationssystem zeichnen sich dadurch aus, dass es anhydridfrei herstellbar ist, wobei der Härtungskatalysator beispielsweise ein Addukt aus einem 1H-Imidazol und/oder 1H-Imidazol-Derivat mit einer Oxirangruppenhaltigen Verbindung ist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102015214872 [0010]
    • DE 102015213534 [0010]
    • DE 102015205328 [0035]

Claims (22)

  1. Fester Isolationswerkstoff, der zusammen mit einem anhydridfreien Imprägniermittel zur Herstellung eines Isolationssystems in einem Vakuumimprägnierprozess einsetzbar ist, wobei dieser einen Träger, einen Barrierewerkstoff, einen Härtungskatalysator und einen Bandkleber umfasst, der Härtungskatalysator und der Bandkleber zueinander inert sind, aber unter den Bedingungen der Vakuumimprägnierung mit einem anhydridfreien Imprägniermittel mit Gelierzeiten von 1 h bis 15 h bei Imprägniertemperatur abreagieren, wobei der Härtungskatalysator erhältlich ist durch eine Reaktion zumindest eines 1H-Imidazols und/oder 1H-Imidazol-Derivats mit einer Oxirangruppenhaltigen Verbindung.
  2. Isolationswerkstoff nach Anspruch 1, wobei die Oxirangruppenhaltige Verbindung n = 1 bis 4 Oxiranfunktionalitäten pro Molekül aufweist.
  3. Isolationswerkstoff nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Oxirangruppenhaltige Verbindung eine Glycidylverbindung ist.
  4. Isolationswerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Oxirangruppenhaltige Verbindung bei Raumtemperatur flüssig vorliegt.
  5. Isolationswerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Härtungskatalysator eine Verbindung, die ein Addukt aus einem und/oder mehreren 1H-aciden Distickstoffheterozyklen und/oder 1H-aciden Tristickstoffheterozyklen mit einer Oxirangruppenhaltigen Verbindung darstellt.
  6. Isolationswerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Oxirangruppenhaltige Verbindung eine Verbindung aus der Gruppe folgender Verbindungen umfasst: Mono-Glycidylether- und/oder esterverbindung (n = 1), Diglycidylether und/oder -esterverbindung (n = 2), Triglycidylether und/oder -esterverbindung (n = 3) und/oder Tetraglycidylether und/oder -esterverbindung (n = 4), sowie beliebige Gemische der vorliegenden Verbindungen.
  7. Isolationswerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Härtungskatalysator eine Stickstoffdichte D im Bereich von beispielsweise 1 bis 15 mmol/g aufweist.
  8. Isolationswerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Härtungskatalysator ein Addukt aus einem 1H-2-Methylimidazol (CAS-Nr. 693-98-1), 1H-2-Ethylimidazol (CAS-Nr. 1072-62-4), 1H-4-Ethyl-2-Phenylimidazol, 1H-3,5-Dimethylpyrazol, 1H-Imidazol (CAS-Nr. 288-32-4), 1H-4(5)-Methylimidazol (CAS-Nr. 822-36-6), 1H-2-Ethyl-4-Methylimidazol (CAS-Nr. 931-36-2), 1H-4-Methyl-2-Phenylimidazol (CAS-Nr. 827-43-0), 1H-4-Phenylimidazol (CAS-Nr. 670-95-1), 1H-5-Methyl-2-Phenylimidazol-4-methanol (CAS-Nr. 13682-32-1), 1H-Pyrazol (CAS-Nr. 288-13-1), 1H-3-Phenylpyrazol (CAS-Nr. 2458-26-6), 1H-5-Methylpyrazol, 1H-3,4-Dimethylpyrazol (CAS-Nr. 2820-37-3), 1H-3,5-Dimethylpyrazol (CAS-Nr. 67-51-6), 1H-3-tert-Butylpyrazol (CAS-Nr. 15802-80-9) und/oder 1H-4-Ethylpyrazol (CAS-Nr. 17072-38-7) sowie beliebigen Gemischen der vorgenannten Verbindungen mit einer Oxirangruppenhaltigen Verbindung ist.
  9. Isolationswerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Härtungskatalysator zudem n = 1–4 kovalent gebundene Hydroxylgruppen pro Molekül aufweist.
  10. Isolationswerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Bandkleber ein Additionsprodukt aus einem Bisphenol, Diol, Triol und/oder höherem Alkohol, nachfolgend als Segment „A(OH)n” bezeichnet, mit Cyclohexenoxid und/oder einem Cyclohexenoxidderivat, nachfolgend als Segment „Cy” bezeichnet, umfasst, wobei A(OH)n ausgewählt ist aus der Gruppe folgender Verbindungen: – Mono-Ethylenglycol (C2H4)(OH)2, Butandiole (C4H8)(OH)2, Butendiole (C4H6)(OH)2, Butindiol (C4H4)(OH)2, Polyethylenglykole H(OC2H4)x(OH)2 mit x = 1 bis 5000, Propylenglykol (C3H6)(OH)2, Polypropylenglykole H(OC3H6)x(OH)2 mit x = 1 bis 5000, Diethylenglykol (C2H8O)(OH)2, Propandiole (C3H6)(OH)2, Neopentylglycol (C5H10)(OH)2, Cyclopentandiole (C5H8)(OH)2, Cyclopentendiole (C5H6)(OH)2, Glycerin (C3H5)(OH)3, Pentandiole (C5H10)(OH)2, Pentaerythritol (C5H8)(OH)4, Hexandiole (C6H12)(OH)2, Hexylenglykole (C6H12)(OH)2, Heptandiole (C7H14)(OH)2, Octandiole (C8H16)(OH)2, Polycaprolactondiole, Polycaprolactontriole, Hydrochinon (C6H4)(OH)2, Resorcinol (C6H4)(OH)2, (Pyro)Catechol (C6H4)(OH)2, Rucinol (C10H12)(OH)2, Triethylenglycol (C6H12)(OH)2 – vollaromatisches, teilhydriertes und/oder vollhydriertes Bisphenol-A (C15H14)(OH)2, (C15H28)(OH)2, Bisphenol-F (C13H10)(OH)2, Bisphenol-S (C12H8O2S)(OH)2 – Tricyclodecandimethanol (C12H18)(OH)2, Glycerincarbonat (C4H5)(OH)1.
  11. Isolationswerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, der als Bandkleber eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe folgender Verbindungen umfasst: Tricyclomethandimethanol (CAS-Nr. 26896-48-0 bzw. 26160-83-8), Trimethylolpropan (CAS-Nr. 77-99-6), dendritische, hydroxy-funktionale Polymere (CAS-Nr. 326794-48-3 bzw. 462113-22-0), Polycaprolactontriole (CAS-Nr. 37625-56-2), Polycaprolactontetrole (CAS-Nr. 35484-93-6).
  12. Isolationswerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, der Härtungskatalysator in einer Menge von weniger als 10 Gew% enthält.
  13. Isolationswerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, der Bandkleber in einer Menge im Bereich von 1 bis 30 Gew% enthält.
  14. Isolationswerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der einen Träger in Form von Gewebtem, nicht Gewebtem und/oder Folie umfasst.
  15. Isolationswerkstoff nach Anspruch 10, der eine Folie, die perforiert ist, umfasst.
  16. Isolationswerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der einen partikelförmigen Barrierewerkstoff umfasst.
  17. Isolationswerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der partikelförmige Barrierewerkstoff zumindest teilweise plättchenförmige Barrierewerkstoff-Partikel umfasst.
  18. Isolationswerkstoff nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Partikel des Barrierewerkstoffes beschichtet sind.
  19. Isolationswerkstoff nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die Beschichtung ein Metalloxid umfasst.
  20. Isolationswerkstoff nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die Beschichtung dotiert ist.
  21. Verwendung eines durch Vakuumimprägnierung mit einem festen Isolationswerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 20 hergestellten Isolationssystems in Mittel- und Hochspannungsmaschinen, insbesondere rotierende elektrische Maschinen im Mittel- und Hochspannungsbereich sowie in elektrischen Schaltanlagen, Mittel- und Hochspannungsanwendungen, Durchführungen, Transformatordurchführungen, Generatordurchführungen und/oder HGÜ-Durchführungen, sowie in entsprechenden Halbzeugen.
  22. Elektrische Maschine, bevorzugt rotierende elektrische Maschine, besonders bevorzugt rotierende elektrische Maschine im Mittel- und Hochspannungsbereich sowie elektrische Schaltanlage, Mittel- und Hochspannungsanwendung, Durchführung, Transformatordurchführung, Generatordurchführung und/oder HGÜ-Durchführung, sowie entsprechendes Halbzeug, die ein Isolationssystem, hergestellt aus einem festen Isolationswerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 20 umfasst.
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