DE2261686A1

DE2261686A1 - Bandagierband fuer elektrische leiter

Info

Publication number: DE2261686A1
Application number: DE19722261686
Authority: DE
Inventors: Morris A Mendelsohn; James D B Smith
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1971-12-22
Filing date: 1972-12-16
Publication date: 1973-07-12
Also published as: US3845438A; IT972522B; FR2164809B1; FR2164809A1; ZA728407B; AR193158A1; CA972234A; JPS5413000B2; GB1389678A; BE793219A; JPS4872236A; US3759734A; AU4948572A

Description

DiPL-ING. KLAUS N-EuEECKER

Patentanwalt
4 Düsseldorf 1- Schadowplatz 9 22B1686

.Düsseldorf, 14. Dez. 1972

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa,, V. St. A.-

Bandagierband für elektrische Leiter

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Bandagierbänder.

Bei der Herstellung elektrischer Spulen oder Wicklungen für Motoren Q. dgl. wird über die Spule eine Isolation gebracht, die mittels eines Bandagierbandes festgelegt wird. Die Spule wird in lösungsmittelfreies Harz eingetaucht, das unter Druck steht. Die Spule wird dann aus dem lösungsmittelfreien Harz herausgenommen und das Harz ausgehärtet. Das Harz hat den Zweck, die Isolation festzulegen und Hohlräume auszufüllen, Hohlräume ermöglichen sonst Feuchtigkeit, in die Spule einzudringen, so daß die Spule kurzgeschlossen werden und ausbrennen kann.

Ein bei einem solchen Vorgang immer wieder auftretendes Problem besteht darin, daß das Harz aus der Isolation und durch das Band ausläuft, ehe es zu einer Aushärtung gekommen ist. Es sind erhebliche Anstrengungen gemacht worden, um ein Band zu finden, das das

308828/1017

Telefon (O211) 32O85a

Cuatopat

— Λ —

Harz zwar in die Isolierung einfließen läßt, es andererseits aber daran hindert, wieder auszudringen. Es ist im Hinblick darauf schon von Mylar(R)-Band (Polyäthylenterephthalat-Band) Gebrauch gemacht worden, aber dieses Band, selbst wenn es nicht überlappt, sondern auf Stoß gewickelt wird, läßt das Harz nicht in ausreichendem Umfang in die Isolierung einfließen, so daß sich Hohlräume und eine unzureichende Verbindung der Isolierung mit der Kupferspule ergeben. Ein solches Band ist auch teuer und muß im übrigen nach der Aushärtung des Harzes entfernt werden, weil es thermisch nicht stabil ist, so daß sich ein besonderer, zusätzlicher Arbeitsgang ergibt und die Spule mit einem verhältnismäßig unschönen äußeren Erscheinungsbild zurückbleibt.

Ebenso ist auch* Stoß gewickeltes gewebtes Glasband verwendet worden, das jedoch das Harz nur in unzureichendem Maße festhalten konnte, so daß die Spule mehrfach imprägniert werden mußte. ^χ) auf

Aufgabe vorliegender Erfindung ist die Schaffung eines Bandagierbandes für elektrische Leiter bzw. elektrische Spulen, das eine ausreichende Tränkung der damit umwickelten Spule mit Isolierharz gestattet, jedoch ein unerwünschtes anschließendes Abfließen des Isolierharzes vor dessen Aushärtung in ausreichendem Maße verhindert, wobei das Band im übrigen teilweise überlappt gewickelt werden kann.

Zur lösung dieser Aufgabe ist ein Uandagierband zum Umwickeln von Leitern vor ihrer Imprägnierung mit einem löaumjsmit te !freien Harz cjrElndunysgemäß gekennzeichnet durch einen eine grobstrukturierte

309Β2Π71017

2261688

Oberfläche aufweisenden, gewebten Streifen mit Glasfasern in Schußrichtung und flexiblen, thermisch stabilen Fasern mit einer Dehnfähigkeit von mindestens 2 % in Kettrichtung, der mit einem quellbaren Harzstoff beschichtet ist.

Vorzugsweise werden elektrische Leiter mit einem solchen Bandagierband unter Überlappung mit Breiten zwischen 3 mm bis 13 mm bewickelt und dann mit einem ausgehärteten lösungsmittelfreien Harz imprägniert.

Es wurde gefunden, daß ein solcher Leiter, der unter Überlappung mit einem Band umwickelt ist, das eine grobstrukturierte Oberfläehe aufweist, die mit einem quellbaren Harzstoff beschichtet ist, in der angestrebten Weise zwar ein lösungsmittelfreies Harz an sich vorbei zu dem Leiter hin fließen läßt, das lösungsmittelfreie Harz jedoch im wesentlichen daran hindert, wieder abzufließen. Es ist anzunehmen, daß die grobstrukturierte Oberfläche das lösungsmittelfreie Harz an den Überlappungsstellen vorbeifließen läßt, aber eine Wechselwirkung zwischen dem Band und dem lösungsmittelfreien Harz besteht, die das Band in den Überlappungszonen quellen läßt, so daß eine Dichtung geschaffen wird, die das lösungsmittelfreie Harz eingeschlossen hält-, wobei diese Überlegungen naturgemäß in keiner Weise einschränkend auszulegen sind.

Die Verwendung des Bandes nach der Erfindung führt nicht nur zu einer sehr erheblichen Zunahme der festgehaltenen Harzmenge, sondern auch dazu, daß das zurückgehaltene Harz eine gleichförmigere Verteilung aufweist und bei weitem weniger, außerdem kleinere

309 8 28/1017

Hohlräume vorhanden sind, Insbesondere an den Enden der Spulen oder an Krümmungsstellen, wo der Harzverlust sich besonders störend auswirkte. ' ' '■ - ■

Bei Umwicklung von Spulen mit dem' Band nach der Erfindung wurden ' gegenüber mit Glasband umwickelten Spulen Zunahmen'der Durchbruchsspannung von etwa 5.QOQ V erzielt, was bedeutet, daß mit weniger Mika-Isolierung gearbeitet werden kann· Int Vergleich zu mit Glasband umwickelten Spulen wurde eine Abnahme der I*eietungsfaktorwerte von 20 % oder mehr beobachtet, wenn''das Band nach der Er-* findung verwendet wird, um Motorspulen zu umwickeln. Blue solche Abnahme bedeutet, daß die Isolierung besser ist"und 'weniger Energie in Form von Wärme verlorengeht.

Die Erfindung wird nachstehend anhand praktischer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert, die perspektivisch einen Tei!querschnitt durch eine mit einem Banda- ·. gierband nach der Erfindung umwickelte Motorwicklung zeigt.

In der Zeichnung sind zwölf Kupferdrähte 1 durch eine Isolation 2 voneinander getrennt und mit einem Isolierband wie einem Mikaband 3 umwickelt. Ein Bandagierband 4 nach der Erfindung ist um das Mika-Isolierband gewickelt, wobei das Bandagierband 4 in Zonen 5 jeweils Überlappungen bildet.

Wie mit der fensterartigen ausschnittweisen Vergrößerung veranschaulicht, weist das Bandagierband 4 in Schußrichtung Glasfasern 6 und in Kettrichtung flexible Fasern 7 auf. Die Fasern sind mit

309828/1017

einem quellbaren Harz 8 beschichtet, so daß Erhöhungen 9 und Vertiefungen IO in dem Bandagierband gebildet werden.

Das Bandagierband ist aus einem gewebten Streifen aufgebaut, der in Schußrichtung (Querrichtung) Glasfasern und in Kettrichtung (Längsrichtung) flexible Fasern aufweist. Vorzugsweise sind die Glasfasern zu Fäden mit Durchmessern von etwa 13 bis 375 yu gebündelt, und die flexiblen Fäden haben einen Durchmesser von etwa 13 bis 375 yu.

Die flexiblen Fasern sollen flexibel genug sein, um sich um einen Dorn mit einem,Durchmesser von 12,7 mm winden zu lassen, ohne zu brechen, zu springen oder zu splittern. Ihre Dehnfähigkeit soll mehr als 2 % betragen, so daß sie sich beim Quellen ohne Brechen ausweiten können. Außerdem sollen sie bei einer Temperatur von etwa 105° C thermisch stabil sein, um sich in Motorwicklungen einsetzen zu lassen. Der Vorzug ist Dacron(R)-Fasern (d. h. Polyäthylen terephthalatfasern) zu geben, da diese die beste Kombination dieser Eigenschaften bei niedrigen Kosten aufweisen, jedoch können ebenso Polyamidimidfasern, Nylonfasern, Polyacrylnitrilfasern etc. Verwendung finden.

Die Glas- und die flexiblen Fasern und die Webart sollen so gewählt sein, daß der resultierende Streifen etwa 63 bis 375yu, vorzugsweise 75 bis 225 yu stark ist, da die Spulen nicht in ihre Nuten passen, wenn das aus dem Streifen hergestellte Bandagierband zu dick ist, während bei zu geringer Stärke des Bandagierbandes seine Herstellung und seine Handhabung zu schwierig sind.

309828/10 17

-c-

Es kann ein sehr breiter Streifen bzw. eine sehr breite Gewebebahn (beispielsweise 90 cm) für die Herstellung des Bandagierbandes verwendet werden, das dann in Längsrichtung in kleinere Streifen zerschnitten wird, oder es können kleine Gewebestreifen für die Herstellung des Bandes eingesetzt werden. Die kleinen Streifen und das resultierende Band haben typischerweise eine Breite von etwa 6 mm bis 50 mm, vorzugsweise etwa 18 nun bis etwa 37 mm, da diese Breiten für die meisten kommerziellen Anwendungsfälle passen und sehr breite Bänder nicht genügend Überlappungszonen aufweisen, um eine gute Imprägnierung zu gewährleisten. Sehr schmales Banddagegen ist nicht wirtschaftlich.

Das Gewebe- oder Streifenmaterial wird mit einem quellbaren Harzstoff beschichtet, d. h. einem Stoff, der innerhalb weniger Minuten um 5 bis 40 % aufquillt, wenn er mit dem lösungsmittelfreien Imprägnierharz in Berührung kommt. Der Harzstoff soll sich vorzugsweise durch das lösungsmittelfreie Imprägnierharz befeuchten lassen. Der quellbare Harzstoff soll rasch genug aufquellen, um das lösungsmittelfreie Harz am Ausfließen zu hindern, jedoch nicht so rasch, daß das lösungsmittelfreie Harz die Isolierung nicht imprägnieren könnte. Jedoch kann mit schneller aufquellenden Stoffen gearbeitet werden, wenn ein höherer Druck zur Imprägnierung mit dem lösungsmittelfreien Harz Verwendung findet. Ein quellbarer Harzstoff im Sinne der Erfindung kann aus einem Teil (alle Teile sind hier auf das Gewicht bezogen) härtbarem Harz, 0,03 bis 1,1 Teilen Füllstoff und 0,014 bis 0,26 Teilen QueL!beschleuniger hergestellt werden. Ein bevorzugter quellbarer ilarzHtoff kann aus I TeLl quervernetzbarem Harz, 0,2 bLs 0,5 TeLLen FUlLstoff und 0,OJ

3G0020/10I7

Λ 22B1686

bis 0,20 Teilen Quellbeschleuniger hergestellt werden. ■ -

Bevorzugtes aushärtbares Harz ist ein Polyesterharz, weil es einen guten Isolator darstellt und zäh und flexibel ist. Das bevorzugte Polyesterharz wird hergestellt, indem zunächst ein Alkyäpolyester aus (1) 15 bis 30 % (alle Prozentangaben sind auf das Gewicht bezogen) einer gesättigten trihydrischen aliphatischen organischen Verbindung mit 3 bis 7 Kohlenstoffatomen wie Propan^triol, Butan-Vitriol, Trimethylolethan und vorzugsweise Glycerol_f (2) 15 bis 25 % mindestens einer aromatischen Verbindung mit niedrigem Molekulargewicht, die Hydroxyl- und Carboxylgruppen wie Salicylsäure enthält, (3) 25 bis 40 % eines Trockenöls wie Äthricin und (4) 25 bis '40 % aromatische Dicarbonsäure mit 8 bis 12 Kohlenstoffatomen wie Isophthalsäure, Phthalsäure und Terephthalsäure (vgl. USA-Patentschrift 3 378 630) gebildet wird. Auf fester Basis wird dann ein Teil das Alkydpolyesters mit bis zu O,08 Teilen Antioxidantien, bis zu etwa 0,6 Teilen Epoxyharzen mit einem Epoxy-Äquivalentgewicht (EEW) von 65 bis 6.000 und bis zu etwa 0,35 Teilen wärmeaushärtenderct Formaldehydharz gemischt. Vorzugsweise wird ein Teil des Alkydpolyesters mit 0,01 bis 0,05.Teilen der Antioxidantien* 0,02

Teilen
bis 0,45/Epoxyharz mit einem EEW von 170 bis 700 und O,l bis O,25 Teilen wärmeaushärtenden Formaldehydharzes gemischt. Antioxidantien verzögern die Oxydation der organischen Verbindungen durch molekularen Sauerstoff. Beispiele für Antioxidantien sind Hydrochinon, Hydrochinonmonobenzyläther, OctyIdiphenylamin, Polyalkylpolypheno-Ie, Pheny 1-^3-Naph ty lamin, ■Diphenyl^-Phenylendiamin, o-Kresol und 4-tert. Buty!brenzcatechin. Zu den bevorzugten Antioxidantien, die am besten wirksam sind, gehört polymerisiertes Tr'imethy!dihydro^

309828/1017 ■ ⁿ ^GC

chinolin. Das Epoxyharz ist vorzugsweise ein Diglycidyläther von Bisphenol A, weil es gut wirksam ist, aber cycloaliphatische PoIy^ epoxide, Polyepoxide auf Polyätherbasis, aliphatische Epoxyharze und andere Diglycidyldorivate organischer Verbindungen können ebenfalls verwendet werden. Das Formaldehydharz ist vorzugsweise ein Melamin-Formaldehydharz, weil es gut wirksam ist, aber ebenso können Phenol-Formaldehyd-, Urea-Formaldehyd- und ähnliche Harze verwendet werden.

Beispiele für andere geeignete aushärtbare Harze sind Phenol-Novo* lak-Epoxidharze, Kresyl-Novolak-Epoxidharze, Acryle» Phenole, ölmodifizierte Phenole und Polyamidimide. Gemische düH härtbaren Harzen können ebenfalls verwendet werden.

Bevorzugte Füllstoffe sind Talk, Siliciumdioxid, pulverisiertes Mika, Calciumcarbonat, Calciumsilicat oder Gemische daraus, da sie nicht leitend und nicht teuer sind. Andere geeignete Füllstoffe sind Metalloxide wie Eisenoxid oder Aluminiumoxid, Magnesiumcarbonat, Magnesiumsilicat, Barlumsulfat, pulverisiertes Glas, Calciumsulfat, Lithiumaluminiumsilicat und Ton.

Der Quellbeschleuniger ist ein Material mit niedrigem (vorzugsweise weniger als 2.OOO) Molekulargewicht mit Hydroxyl-, Carboxyl-, Äthylenoxid- und/oder Amino-Funktionsgruppen, vorzugsweise nur einer Hydroxyl- und/oder Carboxylgruppe, da diese bei niedrigen Temperaturen ziemlich stabil sind und die Harzverbinduttg daher eine längere Lagerzeit hat. Der Quellbeschleunigungsstoff oder üuoll-Aktivator soll mit: der quellfähigem Harzverbindüng im we-

3 0 9 8 2 0/1017

• 2281686

seitlichen nicht reagieren, ehe das lpsungsmittelfreie^Harzrausgehärtet ist {d. h._t er soll nach einer Stunde bei IQQ° C, mindestens zu 55 % noch ohne Reaktion geblieben sein).Per Quellaktivator soll daher keine Anhydrid- oder Isocyanatgruppen enthalten. Es ist davon auszugehen, daß der Quellaktivator so auf das losungsraittelfreie Harz einwirkt, daß eine Quellung hervorgerufen wird. Vorzugsweise reagiert er mit dem quellfähigen Harnstoff auch während der Aushärtung des lösungsmittelfreien Harzes, um so Bestandteil des Polymeraufbaus zu werden, so daß er später nicht austreten kann. Als bevorzugter Quellaktivator dient Rizinusöl, da es die gewünschten Eigenschaften in der besten Weise in sich vereinigt, jedoch können ebenso Vinyl-Plastifiziermittel (wie Dibutylphthalat und DioctylpWalat), Monobutyladipat, Hexamethylendiamin, Polyole wie Glycerol, Polyoxypropylen-Polyole, Polyoxyäthylen-Polyole, Alkylsäuren wie. Stearinsäure, Erueasäure etc. Verwendung finden.

Wahlweise kommen als Bestandteile, in Frage Aushärtwirkstoffe, Farbstoffe, Färbungsmittel, nicht aushärtende Harze, Antioxydan*- tien und Katalysatoren. Zusätzlich wird der quellfähige Harzstoff auf den Gewebestreifen von einem Lösungsmittel oder einem Suspensionsmittel aufgetragen, da er sonst zu viskos ist. Das Verhältnis von Feststoffen zu Lösungsmitteln.in der Lösung liegt zwischen 20 ; BO und 7O : 30._:Bevorzugte Lösungsmittel sind Toluol, Xylole Ilethylathylketon und Methylisohu ty !keton, /vthylenchlorid und Gemische daraus. Andere geeignete Lösungsmittel sind Butyiaeetat, Äthylacietat, Gqllosolve(R)-Pip>ian etc.

Die Gewebebahn wird in ein Had der, quelifahiyen Ilarzstoffes

309 020/1 0 17

- IO -

getaucht, und hierauf tier überschüssige Stoff entfernt, so daß tile grobetruktürierte Oberfläche der Gewebebahn freigelegt wird. Der in dem Gewebe zurückbleibende Stoffanteil ist kritisch, weil, wenn zu viel Stoff zurückbleibt, die Gewebebahn zu glatt wird, so daß das lösungsmittelfreie Harz durch die überiappungsZonen austreten kann. Bleibt zu.wenig Harzstoff auf dem Gewebe zurück, eo entstehen feine Löcher, und das Gewebe dichtet nicht gut ab. Auf dem Gewebe soll dementsprechend eine Stoffmenge zwischen 75 und 38O t des Gewebegewichts, vorzugsweise 110 bis 31O i des Gewebegewichts zurückbleiben. Anders ausgedrückt, es soll auf dein Gewebe ein Harzstoffanteil von 0,0016 bis 0,024 g/cm², vorzugsweise O,OO82 bis O_fOiO4 g/cm zurückbleiben, d. h., das Gewichtsverhältnis zwischen Harzstoff und Gewebe beträgt vorzugsweise 1,10 : 1,0 bis 3,10 a 1,0.

Die Entfernung des überschüssigen Harzes kann auf jede geeignete Weise erfolgen, beispielsweise durch Ablaufenlassen oder durch Hindurchführen des Gewebes zwischen zwei gegenüberliegend im Abstand von 0,2 mm voneinander angeordneten Schabern oder zwischen Bürsten. Das Aufbri-ngen des Harzeö auf das Gewebe kann auch dadurch erfolgen, daß das Gewebe zwischen Walzen hindurchgdeitet wird, die dann den Überschuß herausquetschen. Vorzugsweise wird der Überschuß dadurch entfernt, daß das Gewebe über zwei gesonderte Schaber geleitet wird, die zunächst die eine, dann die andere Seite angreifen, da auf diese V/eise die Menge zurückbleibenden Harzes leicht durch Einstellung des Druckes überwacht werdt»n kann, mit dem das Gewebe an den Schabern anlLeqt, wobei eine Beschädigung den Gewebes durch die Schaber oder Abstreifer vertnblen wird.

3 0 0 0 2 0/ 1017

" ^; - ' 226168S

Das Harz inuß so weit ausgehärtet werden', daß es trocken und nicht zäh, nicht druckempfindlich ist und sich jenseits der B-Stufe befindet, da es sonst zu einer Abdichtung kommt, bevor eine ausreichende Menge lösungsmittelfreien Harzes durch die Überlappungszonen getreten ist. Die Aushärtungstemperatur liegt typischerweise zwischen 150 und 220° C, bei einer Aushärtzeit zwischen 15 Minuten bis 2,5 Stunden. Oberhalb von 220° C ist nur eine kürzere Aüshärtzeit erforderlich, jedoch kann das Harz dabei eine Qualitätsminderung erfahren. Die besten Ergebnisse lassen sich bei einer Temperatur zwischen 190 und 200° C erzielen >, wobei·die Aushärtzeit dann üblicherweise 2-· Stunden beträgt. Nach der Aushärtung ist das Gewebe bzw. das Bandagierband zwischen 75 und 500 μ stark, -. je nach der Stärke des verwendeten Gewebes, der Webart und dem Durchmesser der Fasern bzw. Fäden des Gewebes. Zur Erzielung der besten Ergebnisse soll das fertiggestellte Band jedoch eine Stärke zwischen 100 und 3OOyu haben. Es soll "rauh" sein, indem es-mit Erhöhungen nand Vertiefungen versehen ist, wobei die Erhöhungen zwischen 25 und 150

/Sfähigkeit fa höher als die Vertiefungen liegen, und die Dehnung -soll mehr als

2 % betragen. ' · ■ ·

Zur Herstellung des elektrischen Gegenstandes dient ein Leiter, typischerw'eis'e" eine Spule oder Wicklung für den Anker'oder Ständer eines Motors. Soll der Leiter eine niedrige'Spannung (von weniger als 1 kV) führen, so kann das Bandagierband als die einzige Isolation dienen. Für; höhere Spannungen wird der Leiter mit einem" Isolator abgekleidet_r vorzugsweise mit Mika, da Mika die besten-^ dielektrisehen Eigenschaften hat, wenngleich Kraftpapier, Asbest, Nomcixpapier (ein Nylonerzeugnis der Fa. DuPont) etc. ebenso Ver- '

309 8 2H/ ΤΟΊ 7

m -

wendung finden können. Der Vorzug wird Mikaband gegeben, das etwa die gleiche Breite wie das Bandagierband nach der Erfindung hat und zwischen 88 /u und 250 μ stark ist.

Das Bandagierband wird von Hand oder maschinell um den Leiter gewickelt, vorzugsweise mit einem Zug von 18 g bis 1600 g/cra Bandbreite. Das Band soll Überlappungszonen mit einer Breite zwischen 3 mm und 12 mm aufweisen, um die Vorzüge der Erfindung auszuschöpfen.

Der mit dem Band bewickelte Leiter wird dann in ein Bajid eines lösungsmittelfreien (d. h. zu 100 % aus Feststoffen bestehenden) elektrischen Imprägnierharzes getaucht. Dabei kann jede Spule oder Wicklung separat oder zusammen mit einem Läufer oder Ständer, auf den sie zuvor aufgebracht worden ist, getaucht werden. Imprägnierharze sind aushärtbare Harze mit einer Viskosität von weniger als 1200 Centipoises bei Raumtemperatur, wie sie allgemein, bekannt sind. Beispiele dafür sind Styrolpolyester·» Epoxid-, Epoxyanhydrid-, Styrolepoxyanhydrid-, Silicon- und Polyurethanharze.

Auf das lösungsmittelfreie Harz wird ein Druck von mindestens etwa

2 2

0,703 kg/cm , vorzugsweise ein Druck zwischen 2,8 und 7,0 kg/cm ausgeübt, um es zwischen den Uberlappungszonen des Bandagierbandes hindurch und in die Hohlräume der Isolation zu treiben. Der Leiter wird dann dem Bad entnommen, worauf das überschüssige lösungsmittelfreie Harz abtropfen kann und das verbleibende lösungsmittelfreie Harz ausgehärtet wird. Die Aushärttemperatur hängt von dem verwendeten Harz ab. Beispielsweise werden Polyesterharze bei

309828/1-0 17

einer Temperatur von etwa 80° C, Epoxidharze bei einer Temperatur von etwa 150° C ausgehärtet. Für die Aushärtung kann eine Zeit zwischen 30 Minuten bis 16 Stunden erforderlich sein, je nach dem verwendeten Harz. Während dieser Aushärtung hat der Quellaktivator im wesentlichen soweit eine Reaktion erfahren, wie das für ihn möglich ist. .

Die Erfindung wird nachstehend weiter anhand der folgenden praktischen Beispiele beschrieben:

Beispiel 1:

Es wurde ein Polyesterharz wie folgt gewonnen:

Es wurde ein Gemisch aus 34,2 Gewichtsteileri Äthricin, 10,7 Gewichtsteilen Glycerol und 0,035 Gewichtsteilen Calciumhydroxid in ein Reaktionsgefäß eingegeben und 1,5 Stunden lang bei 240° C unter ständigem Rühren und Beaufschlagung mit Stickstoff erhitzt. Es wurden dann 12,3 Gewichtsteile Glycerol, 21,4 Gewichtsteile Salicylsäure, 32,2 Gewichtsteile Isophthalsäure, 0,5 Gewichtsteile Isopropyltitanat und etwa 20 Gewichtsteile Xylol dem Reaktionsgemisch zugesetzt. Das Gemisch wurde etwa 4,5 Stunden lang bei einer Temperatur im Bereich zwischen 200° C und 235° C, unter Beaufschlagung mit Stickstoff und schnellem Rühren, behandelt, wobei kontinuierlich dekantiert wurde, um Reaktionswasser abzuscheiden und zurückfließendes Xylol zu dem Gefäß zurückzuleiten. Die Reaktion ist abgeschlossen, wenn die Kontrollviskosität einer 50 Gew%-uosuny dee Polyesters in Xylol einen Meßwert S-T, Gardner-Holdt, aufweist. Zu diesem Zeitpunkt wird dem erhaltenen Alkyd Toluol

309828/1017

zugesetzt, so daß man eine Lösung mit einem Anteil von 67 Gew% an nichtflüchtigen Bestandteilen erhält.

Es wurde der folgende quellfähige Stoff gewonnen:

Gewichtsanteile 1100 400 25

60

75 275 87,5

282,5

Polyesterharz (wie oben hergestellt) Talk

Siliciumdioxid, wie es unter der Handelsbezeichnung "Cab-O-Sil" von der Cabot Corp. verkauft wird

50%ige Lösung polymerisierten Trimethyldihydrochinolins (spez. Gewicht » l#08, Siedepunkt * 100 - 120° C), wie es unter der Handelsbezeichnung "Agerite D" von der Vanderbilt Chemical Co. verkauft wird, in Xylol
Ricinusöl
Toluol

DigIycidylather, gewonnen aus Epichlorhydrin und Bisphenol A (EEW = 175 - 200), verkauft unter der Handelsbezeichnung "Epon 828" von der Shell Chemical Co.

66,67 %ige Lösung eines Diglycidyläthers gewonnen aus Epichlorhydrin und Bisphenol A (EEW * 450 - 550) und verkauft unter der Handelsbezeichnung "Epon 1OO1" von der Shell Chemical Co. - in Methylathy!keton

3 0 9828/10 17

200,0 65 %ige Lösung von butyliertem Melamin-

Formaldehydharz (Viskosität = Z - Z4, Terpentinölersatz-Toleranz = 0,4 - 2,0) - verkauft unter der Handelsbezeichnung "Resimene 882" von der Monsanto Co. - in Xylol.

Es wurde ein 87 ,u starkes und ca. 13 mm breites Gewebeband mit Glasfasern in Schußrichtung und Dacron(R)-Fasern in Kettrichtung in den vorgenannten quellfähigen Stoff eingetaucht. Nach Abtropfen des überschüssigen Harzes wurde der Stoff zwei Stunden lang bei einer Temperatur von 200° C unter Bildung eines eine rauhe Oberflächenstruktur aufweisenden Bandes ausgehärtet.

Zwei 15 cm lange Kupferrohre mit einem Durchmesser von 12 mm wurden über 10 cm ihrer Längen mit 12 mm breitem, auf der Rückseite mit Dacron abgekleidetem Mikaband umwickelt. Das erste Rohr wurde

Zoll dann mit dem gerade erwähnten Bandmaterial 1/4^· über läppt, während das zweite Rohr mit dem 12 mm breiten Mylar-Band auf Stoß umwickelt wurde. Beide Rohre wurden bei einem Druck von 6,7 - 7,0 kg/ crn² in ein 65 % Styrol-35 % Polyesterharz eingetaucht. Die Rohre wurden wieder herausgenommen, überschüssiges Harz wurde abgetropft, worauf sich eine Aushärtung über 8 Stunden bei 11O° C anschloß. Hierauf wurde die Isolation von dem Rohr abgestreift, gewogen und mit dem anfänglichen Isolationsgewicht verglichen. Das mit dem Bandagierband nach der vorliegenden Erfindung umwickelte Rohr wies eine sehr starke Verbindung zwischen dem Mika-Material und dem Kupfer auf, und die Gewichtszunahme betrug 67,2 %. Das mit dem Mylar-Band umwickelte Rohr wies eine sehr schwache Verbindung des

309828/10 17

Mika-Materials mit dem Kupfer auf, und die Gewichtszunähme betrug nur 26,0 %.

Beispiel 2:

Es wurden drei Kupferrohre mit dem in Verbindung mit Beispiel 1 beschriebenen Bandagierband umwickelt und anschließend bei einem Druck von 6,7 kg/cm in folgende drei Harze eingetaucht:

Harz 1

Gewichtsteile Diglycidyläther, gewonnen aus Bisphenol A und Epichlorhydrin (EEW = 175 - 195, Viskosität = 7000 - 10000 cps bei 25° C), verkauft von der Ciba Co. unter der Handelsbezeichnung "Araldite 6005".

Gewichtsteile Diglycidyläther von 1,4-Butan^diol, verkauft von der Ciba Co. unter der Handelsbezeichnung "RD2".
Gewichtsteile eines 1:1-Mo!gemisches von BP, und

Monoäthylamin.
6,5 Gewichtsteile FurfurylalKohol.

Harz 2

62,5 Gewichtsteile Diglycidyläther, gewonnen aus Bisphenol A und Epichlorhydrin (EEW * 180 - 200, Viskosität IQQOO - 16000 cps bei 25° C), verkauft von der Celanese Corp. unter der HändeIsbezeichnung "Epi-Rez 510".

309828/1017

37,5 Gewichtsteile Diglycidyläther, gewonnen aus Bisphenol A und Epichlorhydrin (EEW = 475 - 575, Durran Erweichungspunkt 70 - 80 C), verkauft von der Dow Chemical Co. unter der Handelsbezeichnung "DER 661".

3,75 Gewichtsteile Maleinsäureanhydrid. Gewichtsteile Styrol.

54,9 Gewichtsteile NADIC-Methy!anhydride 0,06 Gewichtsteile p-Chinon.

0,48 Gewichtsteile 2,5-Dimethyl, 2,5-(Bis-Benzoyl-Peroxid)Hexan, verkauft von der Lucidol Co. unter der Handelsbezeichnung "Luperox 118".

Harz 3

Gewichtsteile Diglycidyläther, gewonnen aus Bisphenol A und Epichlorhydrin (EEW = 172 - 176, Viskosität 4000 - 5500 cps bei 25° C), verkauft von der Dow Chemical Co. unter der Handelsbezeichnung "DER 332".

Gewichtsteile Diglycidyläther von Neopentylglycol. Gewichtsteile 1-Methyltetrahydrophthalanhydrid

(EEW = 150 - 155, Viskosität 3 - 5 cps bei 25° C), hergestellt von der Ciba Co. und verkauft von Union Carbide Cb. unter der Handelsbezeichnung "ZZLA-0334".

0,08 Gewichtsteilf! MethyltrioctyIphosphonium-Dimethy 1-phosphat.

0 S) ü 2 8 / 1 ü i 7

226168B

Die Kupferrohre wurden dann von den Harzen befreit, es wurde das Harz abgetropft und dann bei 135° C 16 Stunden lang ausgehärtet. Die Isolation wurde abgestreift, gewogen, und es wurde das Gewicht mit dem Anfangsgewicht verglichen.

Mit den Harzen 1, 2 bzw. 3 imprägnierte Isolation wies Gewichtszunahmen von 85,8 %, 59,3 % bzw. 66,2 % auf. In allen Fällen war die Bindung zwischen Mika und Kupfer sehr stark.

Beispiel 3:

Es wurde ein Gewebeband, wie es in Beispiel 1 beschrieben wurde, jedoch mit einer Breite von ca. 18 mm, in das Harz des Beispiels eingetaucht und zwischen zwei abgerundeten Metallstangen, die zwischen sich einen Abstand von ca. 180 ,u bis 250 .\i aufwiesen, hindurchgezogen, so daß überschüssiges Harz entfernt wurde. Das Band wurde dann bei 190 - 200° C 30 - 60 Minuten lang ausgehärtet, so daß man ein Band mit einer rauh strukturierten Oberfläche erhielt. Dieses Band war flexibler als das Band nach Beispiel 1 und insofern vorzuziehen.

Es wurden entsprechend Beispiel 1 beschriebene, mit Mika umwickelte Kupferrohre mit dem obigen Band und dem in Beispiel 1 erläuterten Band, jeweils in einer Breite von ca. 19 mm und einer Stärke von ca. 158 ,\i, mit über lappungs zonen einer Breite von ca. 6 mm umwickelt. Zum Vergleich wurde ein gleichartiges Rohr mit 12 mm breitem Mylar-Band auf Stoß umwickelt.

3 0 ΠΠ28/ 1017

- Alle Rohre wurden dann in ein Harz A, das dem Harz 1 des Beispiels 2 entspricht, oder in ein Harz B eingetaucht, das aus 65 Gew% Styrol und 35 Gew% eines Polyesters von 4 Teilen Adipinsäure, 1 Teil Maleinsäureanhydrid und 5,5 Teilen 2,2-BisCp-{3-Hydroxypropoxy)Phenyl)Propan hergestellt worden war.

Hierauf ließ man die Rohre abtropfen und die Harze bei 135° C aushärten. Die Isolation wurde entfernt, gewogen und mit dem Anfangsgewicht verglichen. Die nachstehende Tabelle gibt die Ergebnisse wieder:

Imprägnier- -. -, harz ^Band

Imprägnier- Gewichtsdruck ikg/cm²) zunähme (%)

B	Dieses Beispiel	3,5	45,4	hoch
B	Dieses Beispiel	3,5	49,5	hoch
B	Beispiel 1	3,1	47,7	hoch
A	Dieses Beispiel	3,5	57,5	hoch
A	Beispiel 1	6,6	85,8	sehr hoch
B	Mylar-Band	6,6	26,0	gering
Beispiel 4:

Eine Ankerwicklung oder Ankerspule ähnlich dem Innenbereich der Zeichnung mit einer Nennspannung von 2,3 kV wurde mit 5,5 Windungen eines auf der Rückseite mit Dacron abgekleideten, ca. 19 mm · breiten Mika-Papiers in ihren geraden Bereichen und im Bereich der Enden mit zwei Lagen Mika-Band umwickelt, das dabei eine Überlappung von 12 mm aufwies, ca, 19 mm breit war und auf seiner Rückseite eine Dacron(R)-Abkleidung trug, über die Mika-Lage wurde

3 0 9 8 2 8/1017

226168B

fest ein 6 mm überlappendes, ca. 19 mm breites Band entsprechend Beispiel 1 gewickelt.

Es wurde dann eine gleichartige Ankerwicklung von Hand mit einem 19 mm breiten und 0,1 ram (100 ,u) starken, gewebten Glasfaserband auf Stoß umwickelt. Beide Spulen wurden in ein anhydrid-ausgehärte-

I Ä

tes Epoxidharzbad bei 175° C unter einem Druck von 6,7 kg/cm 30 Minuten lang eingetaucht. Die Spulen wurden entfernt, 30 Minuten lang zum Abtropfen aufgehängt und dann 16 Stunden lang bei 150° C ausgehärtet.

Unter Anwendung des ASTM D-150-Verfahrens wurde Aluminiumfolie über die geraden Bereiche der A- und B-Seite jeder Spule gewunden. Die Spulen wurden auf 150° C aufgeheizt. Die Spule wurde dann mit 0,5 kV, IkV bzw. 2 kV beaufschlagt und der Leistungsfaktor gemessen. Dabei handelt es sich um eine Messung des Stromverlustes zum Aluminium gleich 100 tg cf, wobei <f der Verlustwinkel, d. h. der Winkel zwischen den Strom- und Spannungsperioden ist. Mit der folgenden Tabelle sind die Ergebnisse zusammengestellt:

Leistungsfaktor bei 150° C, 60 Hz

Spulenbereich kV Glas-Band Band a. Erf.

A 0,5 18,6 18,8

1 20,0 19,3

2 37,9 21,2

B 0,5 22,8 18,5

1 25,6 19,4

2 44,1 22,2

Die obige Tabelle zeigt, daß der Stromverlust durch die Spule er-

309828/1017

2261B8B

heblich niedriger war, wenn das Band nach der Erfindung verwendet wurde. Es wurden auch die Durchbruchsspannungen für die Spulen ermittelt, wobei gefunden wurde, daß die Durchbruchsspannung bei Verwendung des Bandes nach der Erfindung um bis zu 5 kV höher als bei Verwendung des Glas-Bandes lag.

Die Spulen wurden zerlegt und untersucht. Die mit dem Band nach der Erfindung versehene Spule wies eine viel gleichförmigere Harzverteilung als die Spule mit dem Glas-Band auf, und es gab weit weniger trockene Bereiche, insbesondere an den Krümmungsstellen der Spule. Die Isolation wurde gewogen und mit ihrem Anfangsgewicht verglichen, wobei gefunden wurde, daß die Spule mit dem Band nach der Erfindung einen GewichtsZuwachs von 66,5 % aufwies, während die Spule mit dem Glas-Band nur ein um 59,5 % höheres Gewicht hatte.

Patentansprüche;

3 0 9 0 2 8/1017

Claims

2261R8R

Patentansprüche :

.J Bandagierband zum Umwickeln von Leitern vor ihrer Imprägnierung mit einem lösungsmittelfreien Harz, gekennzeichnet durch einen eine grobstrukturierte Oberfläche aufweisenden gewebten Streifen mit Glasfasern (6) in Schußrichtung und flexiblen, thermisch stabilen Fasern (7) mit einer Dehnfähigkeit von mindestens 2 % in Kettrichtung, der mit einem quellbaren Harz beschichtet ist.
2. Bandagierband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der quellbare Harzstoff 75 - 380 % des Gewichtes des Bandagierbandes (4) ausmacht.
3. Bandagierband nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der quellbare Harzstoff 110 - 300 % des Gewichtes des Bandagierbandes (4) ausmacht.
4. Bandagierband nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeich-

2 net, daß das quellbare Harz zwischen O,016 - O,024 g/cm des Bandagierbandmaterials ausmacht.
5. Bandagierband nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

es 0,0082 - 0,0104 g/cm quellbares Harz aufweist.
6. Bandagierband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von quellfähigem Ilarzstoff zu Gewebematerial 1,10 : 1,0 - 3,10 : 1,0 ist.

309828/ 10 17
7. Bandagierband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die grobe Oberflächenstruktur des Bandagierbandes von Vertiefungen (10) und 25 ,u bis 150 /U höheren Erhebungen (9 ) gebildet ist.
8. Bandagierband nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebeband bzw. der gewebte Streifen eine Stärke zwischen ca. 88 ,u und 2OO /u und eine Breite zwischen 6 mm und 50 mm hat.
9. Bandagierband nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der gewebte Streifen (Gewebebahn) eine Stärke zwischen 125 ,u und 175 /U und eine Breite zwischen ca. 19 mm und 37 mm hat.
10. Bandagierband nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasfasern einen Durchmesser von 13 ,u bis 375 Ai und die flexiblen, thermisch stabilen Fasern einen Durchmesser zwischen 13 ,u und 375 /U haben.
11. Bandagierband nach einem der Ansprüche 1 - 10, dadurch gekennzeichnet, daß die flexiblen,thermisch stabilen Fasern aus Polyethylenterephthalat bestehen.
12. Bandagierband nach einem der Ansprüche 1 - 11, dadurch gekennzeichnet, daß das quellbare Harz ein Gewichtsanteil aushärtbares Harz, 0,03 bis etwa 1,1 Gewichtsteile Füllstoff und O,014 bis 0,26 Teile Quell-Aktivator enthält.

309828/1017
13. Bandagierband nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das quellbare Harz ein Gewichtsteil quer vernetzbaren Harzes, 0,2 bis 0,5 Gewichtsteile Füllstoff und 0,03 bis 0,20 Gewichtsteile Quell-Aktivator enthält.
14. Bandagierband nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff Talk, Siliciumdioxid, pulverisiertes Mika, Calciumcarbonat und/oder CalciurasiÜcat ist.
15. Bandagierband nach Anspruch 12_f 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Quell-Aktivator Hydroxyl- oder Carboxylgruppen und ein Molekulargewicht von weniger als 2000 aufweist.
16. Bandagierband nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Quell-Aktivator Ricinusöl ist.
17. Bandagierband nach einem der Ansprüche 12 - 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Harz ein Polyesterharz ist.
18. Bandagierband nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Polyesterharz ein Gewichtsteil eines Alkydpolyesters, das 15 - 30 % einer 3-7 Kohlenstoffatome aufweisenden gesättigten trihydrischen aliphatischen organischen Verbindung, 15 25 % mindestens einer Hydroxyl- und Carboxylgruppen enthaltenden aromatischen Verbindung mit niedrigem Molekulargewicht, 25 - 40 % eines Trockenöls und 25 - 40 % einer aromatischen Dicarbonsäure mit 8-12 Kohlenstoffatomen aufweist, bis zu

3 0 9 8 2 8/1017

O,08 Gewichtsanteile eines Antioxidans, Bis zu 0,6 Gewichtsteile Epoxidharz mit einem EEW von 65 - 6000 und bis zu 0,35 Gewichtsteile eines wärmeaushärtenden Formaldehydharzes umfaßt.
19, Bandagierband nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Antioxidans 0,01 bis 0,05 Gewichtsteile, das Epoxidharz 0,2 bis 0,45 Gewichtsteile und das Formaldehydharz 0,1 bis 0,25 Gewichtsteile ausmacht.
20. Bandagierband nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß, das Antioxidans polymerisiertes Trimethyldihydrochinolin ist,
21. Bandagierband nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Epoxidharz ein aus Bisphenol A gewonnener Piglycidyläther ist.
22, Bandagierband nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Formaldehydharz ein Melamin-Formaldehydharz ist,
'23. Bandagierband nach einem der Ansprüche 1 - 22, dadurch gekennzeichnet, daß es um einen Leiter mit einer Überlappung zwischen 3 mm und 12 mm gewickelt und mit einem ausgehärteten lösungsmittelfreien Harz imprägniert ist.
24. Bandagierband nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter eine Motorwickluncj und das Bandagierband von dieser

30982 0/ 1017

durch eine elektrische Isolation getrennt ist·
25. Bandagierband nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolation Mika ist.
26. Verfahren zur Bandagierung eines elektrischen Leiters mit einem Bandagierband nach einem der Ansprüche 1 - 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Bandagierband mit einer überlappungsbreite von 3 mm bis 12 mm um den elektrischen Leiter herumgewickelt, der so umwickelte Leiter in ein auehSrtbares, lösungsmittelfreies Imprägnierharz unter einem Druck von min-

2
destens 0,7 kg/cm eingetaucht, der umwickelte Leiter aus dem lösungsmittelfreien Imprägnierharz herausgenommen und dann das Imprägnierharz ausgehärtet wird.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß der

2
Druck zwischen 2,8 und 7,0 kg/cm beträgt.
28. Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, daß das Bandagierband mit einem Druck zwischen 18 g und löoo g pro Zentimeter Bandbreite aufgewickelt wird.
29. Verfahren zur Herstellung eines Bandagierbandes nach einem der Ansprüche 1-22, dadurch gekennzeichnet, daß das in Schußrichtung Glasfasern und in Kettrichtung thermisch stabile flexible Fasern mit einer Dehnfähigkeit von mindestens 2 % in der Kettrichtung aufweisende Gewebe mit einer Lösung oder einer Suspension des quellfähigen Harzes beschichtet,

309828/10 17

2?6168ß

hierauf genügend quellfähiges Harz von dem Gewebe abgenommen wird, um eine grobstruktur!erte Oberfläche des Gewebes freizulegen, und daß hierauf das quellfähige Harz ausgehärtet wird.
30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß das überschüssige quellfähige Harz durch Hindurchleitung des Gewebes zwischen zwei gesonderten Abstreifern oder Schabern entfernt wird, die zunächst eine Seite und anschließend die andere Seite des Gewebes überstreichen.
31. Verfahren nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, daß das quellfähige Harz 15 Minuten bis 2,5 Stunden lang bei 150 - 220° C ausgehärtet wird.
32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß das quellfähige Harz etwa 2 Stunden lang bei 190 - 200° C ausgehärtet wird.
33. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 - 32, dadurch gekennzeichnet, daß das quellfähige Harz in einem Lösungsmittel gelöst ist und mindestens einen der Stoffe Toluol, Xylol, Methyläthylketon, Methylisobutylketon oder Äthylenchlorid umfaßt.
34. Verfahren nach einem der Ansprüche 29 - 33, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewebe mindestens zweimal so breit wie das Bandagierband ist und das Gewebe in Längsrichtung in Streifen zerschnitten wird.

KK/hs/sg 5 ·...-■-.■

30 9 8 2 8/ 10 17

Le e rs e

ite