DE1162898B - Glimmerband zur Herstellung einer mit einer heisshaertenden Epoxydtraenkharzmischung impraegnierten Isolierhuelse fuer elektrische Leiter, insbesondere fuer die Wicklungsstaebe bzw. Spulen elektrischer Maschinen - Google Patents

Description

• Glimmerband zur Herstellung einer mit einer heißhärtenden Epoxydtränkharzmischung imprägnierten Isolierhülse für elektrische Leiter, insbesondere für die Wicklungsstäbe bzw. Spulen elektrischer Maschinen Zur Herstellung der Isolierhülsen für die Wicklungsstäbe bzw. Spulen elektrischer Maschinen ist es bekannt, ein Glimmerband zu verwenden, dessen Glimmerblättchen untereinander sowie mit der Unterlage und gegebenenfalls auch mit der Decklage durch ein nicht selbsthärtendes, aber härtbares flüssiges Bindemittel verklebt sind. Unter flüssig ist hierbei zu verstehen, daß dieses Bindemittel bei 25° C eine Viskosität im Bereich von 25 bis 10 000 Poise hat. Das Glimmerband kann hierbei in verhältnismäßig schmalen Streifen mit einer Breite von beispielsweise 2 bis 3 cm oder auch in breiteren Bahnen verarbeitet werden. Nach dem Umwickeln des zu isolierenden Leiters mit dem Glimmerband wird dann der Leiter einschließlich der aufgewickelten Hülse nach vorangegangener Evakuierung mit einem dünnflüssigen Tränkharz getränkt. Das Tränkharz und das Bindemittel sind dabei derart aufeinander abgestimmt, daß das Bindemittel zusammen mit den im Tränkharz vorhandenen Härtern und Polymerisationsbeschleunigern chemisch völlig in das Tränkharz eingebaut wird, so daß das ausgehärtete Kunstharz der fertigen Isolierhülse ein chemisch einheitlicher Körper ist.
• Bei bekannten Verfahren dieser Art werden als Tränkharz ungesättigte Polyester verwendet, die beispielsweise durch Umsetzen a, ß-ungesättigter Dicarbonsäuren mit Glykolen erhalten werden. Diesen ungesättigten Polyestern werden dann reaktive Monogere, wie beispielsweise Styrol oder Triallylcyanurat, zugesetzt, während als Bindemittel zum Verkleben des Glimmerbandes ungesättigte Polyester ohne einen Zusatz von reaktiven Monogeren verwendet werden. Da das Bindemittel beim Bewickeln des zu isolierenden Leiters weich und noch nicht ausgehärtet ist, läßt sich das sehr flexible Glimmerband gut auch um scharfe Kanten herumwickeln.
• Vor allem für hochspannungsfeste Isolierhülsen ist es nun wesentlich, daß das Tränkharz bei der Imprägnierung eine Viskosität hat, die möglichst nicht über 30 cP hinausgeht, damit die Isolierhülse völlig durchtränkt wird. Bei den bisher verwendeten Polyesterharzen läßt sich diese geringe Viskosität durch Verdünnen mit Styrol oder einem anderen reaktiven Monogeren erreichen. Bei diesen Polyestertränkharzmischungen ist es dann durch eine abgestimmte Zudosierung von Verzögerern und Beschleunigern möglich, eine längere Lagerzeit ohne Zunahme der Viskosität zu erzielen. Infolgedessen kann ; nach der Imprägnierung der umbandelten Stäbe die überschüssige Polyestertränkharzmischung in den Vorratsbehälter zurückgepumpt und für weitere Imprägnierungen verwendet werden. Da die Viskosität der Polyestertränkharzmischung bei Raumtemperatur nicht zunimmt, kann das Zurückpumpen sehr oft wiederholt werden, d. h., die Polyestertränkharzmischung kann für eine große Anzahl von Tränkzyklen verwendet werden.
• Der hohe Anteil der niedermolekularen reaktiven Stoffe in der Polyestertränkharzmischung bringt jedoch den Nachteil einer verhältnismäßig großen Schrumpfung mit sich. Es müssen daher besondere Maßnahmen getroffen werden, damit die während des Härteprozesses auftretende Schrumpfung ausgeglichen wird. Nun läßt sich die Gefahr einer störenden Schrumpfung wesentlich verringern, wenn man zu weniger schrumpfenden Tränkharzsystemen übergeht, wie es beispielsweise heißhärtende Epoxydtränkharzmischungen auf der Basis von bi- oder höherfunktionellen Glycidyläthern bzw. Epoxydverbindungen und Säureanhydriden sind. Diese heißhärtenden Epoxydharzmischungen haben jedoch den Nachteil, daß sich ihre Viskosität schon während der Lagerung laufend erhöht; da außerdem ihre Anfangsviskosität höher liegt als diejenige der verdünnten Polyestertränkharzmischungen, erfordern die Epoxydharzmischungen höhere Imprägniertemperaturen, damit sie bei der Tränkung eine Viskosität von weniger als 30 cP haben. Durch diese höhere Temperatur wird die Polyadditionsreaktion der Epoxydharzmischungen, welche die schnelle Viskositätssteigerung während der Lagerung zur Folge hat, noch wesentlich stärker angeregt. Es ist zwar möglich, durch die Auswahl geeigneter Epoxydharzmischungen diese spontane Reaktion in tragbaren Grenzen zu halten, so daß diese Harzmischungen selbst bei einer Imprägniertemperatur von 60 bis 70° C mehr als 100 Stunden gebrauchsfähig bleiben, diese Harzmischungen benötigen aber zu ihrer endgültigen Aushärtung eine untragbar lange Zeit.
• Durch die Erfindung werden diese Schwierigkeiten überwunden, die sich dem Einsatz von Epoxydharzen bei der Isolierung elektrischer Leiter mit Hilfe von Glimmerbändern entgegenstellen, die aus auf eine flexible Unterlage aufgebrachten Glimmerblättchen bestehen, die miteinander und mit der Unterlage mittels eines Bindemittels verklebt sind. Gemäß der Erfindung wird dem Glimmerband ein die Polyadditionsreaktion der heißhärtenden Epoxydtränkharzmischung anregender Beschleuniger zugesetzt, welcher die ionische Polymerisation von Epoxydverbindungen praktisch nicht beeinflußt. Vorteilhafterweise wird ein solcher Beschleuniger dem Glimmerband in einer Menge von etwa 0,1 bis 0,4 °/o, bezogen auf das Gesamtgewicht des Glimmerbandes, zugesetzt.
• Der dem Glimmerband zugesetzte Beschleuniger wird zweckmäßigerweise dem zur Verklebung des Glimmerbandes verwendeten Bindemittel beigemischt. Auf diese Weise läßt sich der im Rahmen der Erfindung vorgesehene Beschleuniger am einfachsten in das Glimmerband einbringen. Es empfiehlt sich dabei, zur Erzielung besonders günstiger elektrischer Eigenschaften der fertigen Isolierhülse als Bindemittel zum Verkleben des Glimmerbandes ein nicht selbsthärtendes, aber härtbares flüssiges Bindemittel zu verwenden. Damit dieses Bindemittel gut in die Epoxydtränkharzmischung eingebaut wird, verwendet man als Bindemittel vorteilhafterweise eine härtefreie Epoxydverbindung.
• Zur Durchführung der Erfindung ist jedoch nicht jeder die Polyadditionsreaktion zwischen Epoxydverbindungen und Säureanhydriden anregende Beschleuniger brauchbar. So wirken viele der bisher in der Technik als Härtungsbeschleuniger benutzten Verbindungen gleichzeitig als Härter für Epoxydverbindungen, da sie deren ionische Polymerisation bewirken. Solche für die Erfindung ungeeigneten Verbindungen sind bestimmte Amine, wie beispielsweise Benzyldimethylamin, Triisooktylamin oder Triäthanolamin. Ein weiterer Nachteil dieser Amine ist darin zu sehen, daß sie wegen ihrer hohen Alkalität aus der Luft Kohlensäure anziehen und dabei in Carbonate übergehen. Mit diesen Verbindungen hergestellte Bänder würden nach wenigen Tagen unbrauchbar werden, da die als Klebharz verwendeten Epoxydverbindungen durch die ionische Polymerisation aushärten und unlöslich werden. Ferner würde die absorbierte Kohlensäure bei der nachträglichen Aushärtung der Tränkharzmischung Veranlassung zur Blasenbildung geben.
• Im Rahmen der Erfindung sind daher nur solche Beschleuniger verwendbar, die zwar die Polyadditionsreaktion der Epoxydtränkharzmischung beschleunigen, die aber die ionische Polymerisation der härterfreien Epoxydverbindung nur wenig oder gar nicht anregen. Als vorteilhaft haben sich für die Durchführung der Erfindung gemischt aliphatischaromatische Amine erwiesen, bei denen der Aminstickstoff unmittelbar an ein aromatisches System gebunden ist. Beispiele geeigneter Verbindungen sind di- oder polytertiäre aliphatisch-aromatische Amine, wie z. B. 4,4'-Dimethylaminodiphenylmethan, 4,4' Dimethylaminotriphenylmethan, 4,4',4"-Dimethylaminotriphenylcarbinol oder 4,4'-Dimethylaminobenzophenon.
• Weiterhin eignen sich für die Durchführung der Erfindung in organischen Lösungsmitteln lösliche Zinksalze, z. B. Zinkoleat oder Zinknaphthenat.
• Ferner sind für die Durchführung der Erfindung komplexe Borverbindungen geeignet, bei denen die Elektronenoktettlücke des Boratoms durch ein freies Elektronenpaar des Stickstoffatoms einer geeigneten Aminverbindung geschlossen ist. Diese Verbindungen spalten erst bei höheren Temperaturen auf, wodurch das Amin als Härtungsbeschleuniger wirksam werden kann. Verbindungen, die diese Eigenschaften zeigen, sind z. B. Triäthanolaminborat sowie die Komplexverbindungen aus Bortrifluorid und Äthylamin oder Piperidin.
• Zur Erläuterung der Erfindung ist in der F i g. 1 ein gemäß der Erfindung hergestelltes Glimmerband schematisch dargestellt. Das Glimmerband besteht aus einer flexiblen Unterlage 1 aus Papier, beispielsweise aus einem wenige #t starken Japanpapier. Als Unterlage kann aber auch ein Gewebe oder eine Kunststoffolie verwendet werden. Auf die Unterlage 1 ist die Schicht 2 aus Glimmerblättchen aufgebracht. Die Schicht 2 aus Glimmerblättchen wird dann durch die Decklage 3 abgeschlossen, die vorteilhafterweise aus dem gleichen Material besteht wie die Unterlage 1. Es ist aber auch möglich, für die Unterlage 1 und die Decklage 3 voneinander verschiedene flexible Materialien zu verwenden. Die Glimmerblättchen der Schicht 2 sind untereinander sowie mit der Unterlage 1 und der Decklage 3 durch ein Bindemittel verklebt, das aus einer härterfreien Epoxydverbindung, beispielsweise aus dem Bisglycidyläther des Diphenylolpropans besteht. Eine als Bindemittel geeignete härterfreie Epoxydverbindung ist weiterhin ein Addukt aus 1 Mol eines Phenols, z. B. eines Phenols, Kresols oder Xylenols, und 1 Mol des Bisglycidyläthers des Diphenylolpropans. Ferner eignet sich als härterfreie Epoxydverbindung ein Addukt aus 1 Mol der unter dem Handelsnamen »Epoxide201« bekannten Verbindung (3,4-epoxy - 6 - methyl - cyclohexylmethyl - 3,4 - epoxy-6-methylcyclohexancarboxylat) und 0,3 bis 0,5 Mol einer Dicarbonsäure, wie z. B. Cishexadrophthalsäure. Der Gewichtsanteil eines solchen Bindemittels an dem in der F i g. 1 dargestellten Glimmerband beträgt etwa 3 bis 7 %.
• In Durchführung der Erfindung ist dem zur Verklebung des Glimmerbandes dienenden Bindemittel als Beschleuniger 4,4'-Dimethylaminodiphenylmethan in einer Menge von 5 % zugesetzt. Dieser Beschleuniger ist ein gemischt aliphatisch-aromatisches Amin, dessen Aminstickstoff unmittelbar an ein aromatisches System gebunden ist. Da dieser Beschleuniger die ionische Polymerisation der als Bindemittel dienenden härterfreien Epoxydverbindungen nicht anregt, ist das Glimmerband über mehrere Monate haltbar, ohne daß die Viskosität der als Bindemittel verwendeten Epoxydverbindung zunimmt. Dieses Glimmerband ist mithin für die bei der Wicklungsisolation elektrischer Maschinen praktisch auftretenden Lagerzeiten unbegrenzt einsetzbar. Zur Herstellung des in der F i g. 1 dargestellten Glimmerbandes geht man beispielsweise so vor, daß auf die flexible Unterlage 1 aus einem wenige #t starken Japanpapier als Bindemittel eine in einem geeigneten Lösungsmittel, beispielsweise in Toluol, gelöste Epoxydverbindung leicht aufgesprüht wird, der kein Härter, wohl aber die angegebene Menge an 4,4'-Dimethylaminodiphenylmethan zugesetzt ist. Dann wird auf die Unterlage 1 eine Schicht Glimmerblättchen aufgelegt. Diese Schicht wird beispielsweise mit einer Spritzpistole wiederum leicht mit Bindemittel übersprüht. Dann wird wieder eine Schicht Glimmerblättchen aufgelegt, die ebenfalls leicht mit Bindemittel übersprüht wird. Nach dem Aufbringen mehrerer Glimmerschichten wird schließlich eine aus dem gleichen Material wie die Unterlage bestehende Decklage mit den Glimmerschichten verklebt. Sofern im weiteren Verlauf des Verfahrens das Umwickeln des zu isolierenden Leiters nicht mit einer breiten Bahn, die beispielsweise der Länge des geraden Teiles des Wicklungsstabes entspricht, sondern mit verhältnismäßig schmalen Streifen erfolgen soll, wird das in der eben beschriebenen Weise hergestellte Glimmerband in Streifen passender Breite zerschnitten.
• Die zur Verklebung des Glimmerbandes verwendete Epoxydverbindung wird einschließlich des zugesetzten Beschleunigers chemisch völlig in die zur Imprägnierung der aufgewickelten Hülse verwendete heißhärtende Epoxydtränkharzmischung eingebaut. Damit der Tränkvorgang der Glimmerbänder erleichterL wird, empfiehlt es sich, daß Bindemittel nur in der zum Anheften des. Glimmers gerade erforderlichen Menge auf die Unterlage aufzubringen.
• Zur Herstellung der Isolierhülse des Wicklungsstabes einer elektrischen Maschine wird dann das in der eben beschriebenen Weise hergestellte und in der F i g. 1 dargestellte Glimmerband, wie es in der F i g. 2 angedeutet ist, um den Wicklungsstab 4 einer elektrischen Maschine herumgewickelt. Nach dem Umwickeln des Wicklungsstabes 4 mit dem Glimmerband wird der so umwickelte Stab gegebenenfalls nach vorangegangener Trocknung unter Vakuum mit einer heißhärtenden Epoxydtränkharzmischung auf der Basis von bi- oder höherfunktionellen Glycidyläthern bzw. Epoxydverbindungen und Säureanhydriden getränkt. Die Imprägniertemperatur beträgt hierbei etwa 60 bis 70° C, damit gewährleistet ist, daß die Viskosität der Epoxydtränkharzmischung bei der Tränkung geringer als 30 cP ist und mithin die auf den Wicklungsstab 4 aufgewickelte Hülse vollständig getränkt wird. Anschließend wird dann die überschüssige Tränkharzmischung zurückgepumpt. Sie kann noch mehrmals verwendet werden, da ihre Gebrauchsdauer ein Vielfaches der für einen Tränkzyklus benötigten Zeit beträgt.
• Der die auf den Wicklungsstab 4 aufgewickelte Hülse durchsetzende Teil der bei der Imprägniertemperatur dünnflüssigen Epoxydtränkharzmischung löst den dem Glimmerband gemäß der Erfindung zugesetzten Beschleuniger. Der Anteil des Beschleunigers an der in der aufgewickelten Isolierhülse enthaltenen Tränkharzmischung beträgt dabei etwa 0,2 1 bis 1%. Dieser Beschleuniger bewirkt nun das schnelle Einsetzen der Polyadditionsreaktion zwischen den in der aufgewickelten Hülse befindlichen Epoxydverbindungen und dem Säureanhydridhärter, so daß die Hülse in verhältnismäßig kurzer Zeit aushärtet. Die Aushärtungszet wird noch dadurch verkürzt, daß die Verarbeitungstemperatur auf über 100° C erhöht wird.

Claims (11)

1. Patentansprüche: 1. Glimmerband zur Herstellung einer mit einer heißhärtenden Epoxydtränkharzmischung imprägnierten Isolierhülse für elektrische Leiter, insbesondere für die Wicklungsstäbe bzw. Spulen elektrischer Maschinen, bestehend aus auf eine flexible Unterlage aufgebrachten Glimmerblättchen, die mit der Unterlage und miteinander sowie gegebenenfalls mit einer abschließenden Decklage mittels eines Bindemittels verklebt sind, d a -durch gekennzeichnet, daß dem Glimmerband ein die Polyadditionsreaktion der heißhärtenden Epoxydtränkharzmischung anregender Beschleuniger zugesetzt ist, welcher die ionische Polymerisation von Epoxydverbindungen praktisch nicht beeinflußt.
2. 2. Glimmerband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des zugesetzten Beschleunigers etwa 0,1 bis 0,4% des Gesamtgewichtes des Glimmerbandes beträgt.
3. 3. Glimmerband nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Beschleuniger gemischt aliphatisch-aromatische Amine verwendet sind, bei denen der Aminstickstoff unmittelbar an ein aromatisches System gebunden ist.
4. 4. Glimmerband nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Beschleuniger in organischen Lösungsmitteln lösliche Zinksalze verwendet sind.
5. 5. Glimmerband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Beschleuniger komplexe Borverbindungen verwendet sind, bei denen die Elektronenoktettlücke des Boratoms durch ein freies Elektronenpaar des Stickstoffatoms eines Amins geschlossen ist.
6. 6. Verfahren zur Herstellung eines Glimmerbandes nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleuniger dem zur Verklebung des Glimmerbandes verwendeten Bindemittel beigesetzt wird.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel ein nicht selbsthärtendes, aber härtbares flüssiges Klebharz verwendet ist, dessen Viskosität bei 25° C zwischen 25 und 10 000 Poise liegt. B.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel für die Glimmerblättchen des Glimmerbandes eine härterfreie Epoxydverbindung verwendet ist.
9. 9. Anwendung eines Glimmerbandes nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8 zur Herstellung einer hochspannungsfesten Isolierhülse für die Wicklungsstäbe bzw. Spulen elektrischer Maschinen, dadurch gekennzeichnet, daß das den Beschleuniger enthaltende Glimmerband auf den zu isolierenden Leiter aufgewickelt wird und das der mit dem Glimmerband umwickelte Leiter anschließend unter Vakuum mit einer heißhärtenden Epoxydtränkharzmischung imprägniert wird.
10. 10. Anwendung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch eine ein Viskositätsniveau der Epoxydtränkharzmischung von weniger als 30 cP gewährleistende Imprägniertemperatur.
11. 11. Anwendung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Tränkharzmischung des aufgewickelten Bandes enthaltene Anteil an Beschleunigern 0,2 bis 1% beträgt. In Betracht gezogene Druckschriften: P a q u i n, »Epoxydverbindungen und Epoxydharze«, 1958, S. 486 ff., 499, 524 bis 526.