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Verfahren zur Herstellung eines imprÜgnierfähigen Wickelbandes für
elektrische Isolierung von Hochspannungswicklungen, insbesondere für elektrische
Maschinen Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung
eines imprägnierfähigen Wickelbandes für elektrische Isolierung von Hochspannungswicklungen,
insbesondere für elektrische Maschinen, bestehend aus mindestens einer Lage eines
Feinglimmervlieses, einem zugfesten Trägermaterial und einem Bindemittel.
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Es ist bereits bekannt Isolierbänder dieser Art in der Elektroindustrie,
beispielsweise für die Leiter rotierender elektrischen Maschinen zu verwenden, wobei
die bevorzugte Verarbeitung in einem mehrschichtigen Umbändeln des Spulenleiters
mit einem trockenen, porösen Band, einem anschliessenden Imprägnieren und nachfolgender
Härtung unter gleichzeitiger Formgebung der Spule besteht.
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Die nach dem bekannten Verfahren hergestellten Isolationen sind im
betrieblichen Einsatz Spannungsgradienten bis zu 100 kV/cm, thermischen Zyklen in
der Grissenordnung a T 100 ... 130 OC, Schwingungen, Torsionen, Schub- und Scherkräften,
beispielsweise infolge ungleicher Ausdehnungskoeffizienten zwischen Leiter und Isolation
ausgesetzt. Die Erfahrungen haben gezeigt, dass eine Feinglimmervlies/Träger Kunstharzisolation
den Beanspruchungen umso länger standhält, je gleichmässiger die Lagendistanz der
einzelnen Bandwicklungen ist, je kleiner der Ausdehnungskoeffizient zwischen Leiter'und
Isolation ist und je gleichmässiger das Kunstharz/Isolierband-Gewichtsverhältnis
über die Dicke der Isolation ausfällt und insbesondere, je gleichmässiger die physikalischen
Eigenschaftswerte des ausgehärteten Kunstharzes über die Dicke der Isolation verteilt
sind. Letzteres ist u.a. in starkem Masse davon abhängig, inwieweit eine Vollimprägnierung
des Feinglimmervlieses erreicht werden kann. Günstig hat sich diesbezüglich die
Verwendung von leicht imprägnierbaren Feinglimmervliesen erwiesen, beispielsweise
von solchen, die durch die mechanische Spaltung von Naturglimmer gewonnen werden
können. Nach den heutigen Erkenntnissen entsprechen die leicht imprägnierbaren Feinglimmervliese
in verarbeitungstechnischer Hinsicht nicht immer voll allen notwendigen Anforderungen.
Vor allem wird das Abblättern der Glimmerschuppen beim maschinellen Umwickeln nachteilig
empfunden.
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Im Zusammenhang damit steht auch die geringe Geschmeidigkeit des Feingliamervlieses,
was eine Abdeckung von Kanten problematisch macht.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Mängel des Vorbekannten
zu vermeiden, wobei eine mechanische Verfestigung der Glimmerschuppen im Feinglimmervlies
sicherzustellen ist ohne die Imprägnierbarkeit des Wickelbandes zu beeinträchtigen.
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Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das
Feinglimmervlies mit einer Lösung, die niedermolekulare zu einem Kunstharz umsetzbare
Stoffe enthält, imprägniert wird, der Löser anschliessend aus dem Feinglimmervlies
unter Einwirkung von Wärme verdampft und im behandelten Feinglimmervlies bei Temperaturen
bis 2000C die Umsetzung zu Kunstharz erfolgt.
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Bei dem so nach diesem Verfahren behandelten Glimmervlies mit in situs
hergestellten Kunstharz hat sich nun überraschenderweise gezeigt, dass dieses gegenüber
den üblichen geschmeidiger und mechanisch zugfester ist, als wenn es it dem gleichen,
jedoch getrennt voraddierten Kunstharz imprägniert worden wäre. Dies ist einerseits
darauf zurückzuführen, dass die Imprägnierung mit den niedermolekularen, noch nicht
reagierten Verbindungen homogener ist als mit dem voraddierten Kunstharz und anderseits
wandelt sich das zunächst als dünner Film vorliegende, reaktionsfähige Gemisch bei
der chemischen Reaktion, beispielsweise infolge des Reaktionsschwundes, in kleine
zwischen den einzelnen Glimmerschuppen liegende Tropfen um, womit eine geradezu
ideale Verfestigung des Feingli3ervlieses erreicht wird, ohne dessen Porosität zu
verschlechtern.
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Es empfiehlt sich, zur Behandlung des Feinglimmervlieses als harzbildende
Komponente Epoxidverbindungen und die mit den Epoxidgruppen durch Polyaddition reagierenden
Verbindungen zu verwenden, wobei vorzugsweise das im Feinglimmervlies gebildete
Kunstharz aus der Reaktion zwischen einem Diglycidyläther des Bisphenol A und mehrwertigen
Phenolen, beispielsweise aus Bisphenol A, entsteht.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Kunstharz 5,0 Gewichtsprozent
des behandelten Feinglizmervlieses nicht übersteigt.
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Als Kunstharze verwendet man solche, die durchschnittlich mehr als
eine Epoxidgruppe, d.h. die Gruppe - C - C , Molekül enthalten. Die Polyepoxide
können gesättigt oder ungesättigt, aliphatisch, cycloaliphatisch, aromatisch oder
heterocyclisch sein und können, falls gewünscht, mit nicht störenden Substituenten
substituiert sein, wie mit Halogenatom, Hydroxylgruppen, Aethergruppen und dgl.
Sie können monomer oder polymer sein. Vorzugsweise werden Polyglycidylaether verwendet,
wie sie durch Verätherung eines mehrwertigen Alkohols oder Polyphenols'mit Epichlorhydrin
oder Dichlorhydrin in Gegenwart von Alkali zugänglich sind. Die Verbindungen können
sich von Glykolen, wie Aethylenglykol, Diäthylenglykol, Triäthylenglykol, 1,3-Propylenglykol,
1,4-Butandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol, 2,4,6-Hexantriol, Glycerin und insbesondere
von Diphenolen bzw. Polyphenolen, wie Resorcin, Brenzcatechin, Hydrochinon, 1, 4-Diphydroxynaphtalin
, Phenol-Formaldehydkondensationsprodukte vom Typus der Resole oder Novolake, Bis-(p-Hydroxyphenyl
)-methan, Bis-( p-hydroxyphenyl )-methyl-phenyl-methan, Bis-<p-hydroxyphenyl)-tolylmethan,
4 ,4 '-Dihydroxydiphenyl , Bis-(p-hydroxypheny: sulfon und insbesondere Bis-(p-hydroxyphenyl)-dimethylmethan
ableiten.
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Genannt seien vor allem die Polyglycidyläther von Bis-(p-hydroxyphenoyl)-dimethylmethan
(Bisphenol A), welche der durchschnittlichen Formel
entsprechen, worin z eine ganze oder gebrochene kleine Zahl im Wertbereich von 0
bis 2 bedeutet.
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Es können ferner Gemische aus zwei oder mehreren der oben angeführten
Epoxidharze verwendet werden.
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Als mehrwertlge Phenole kominen im Prinzip die gleichen in Frage,
die bei der Herstellung des Epoxidharzes eingesetzt werden.
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Als Katalysatoren lassen sich die folgenden Werbindungsklassen bzw.
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Verbindungen verwenden; Tertiäre Amine, deren Salze oder quaternäre
Lmmoniumverbindungen , beispielsweise Tris-(dimethylaminornethyl)-phenol, Benzyldimethylamin
oder Benzyldimethylammoniumphenolat, Imidazole, wie 2-Aethyl-4-methyl-imidazol,
Zinn -octoat oder Alkalimetallalkoholate, wie beispielsweise Natriumhexylat.
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Bei Verwendung von hochreaktivem Phenol kann auf die Katalysatoren
verzichtet werden, was insbesondere im Hinblick auf eine unerwünschte Beeinflussung
der Härtungsgeschwindigkeit bei der Herstellung der Isolation von Vorteil ist.
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Die Behandlung des Feinglimmervlieses gemäss dem erfindungegemässen
Verfahren ist in folgenden Beispielen 1 bis 3 näher beschrieben: Beispiel 1 3,90
B ton Diglycidyläther des Bisphenol A und 1,10 g Bisphenol A wurden in 100 g Aceton
bei Raumtemperatur gelöst. Mit dieser Lösung wird das Feinglimmervlies, welches
ein Flächengewicht von 160 g/qx hat, bei Raumtemperatur imprägniert und anschliessend
während 16 h bei 1600C getrocknet. Die Zugfestigkeit, gemessen an eine 5 c breiten
Streifen, stieg von 1,2 kp auf 3,0 kp.
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Beispiel 2 3,90 g von Diglycidyläther des Bisphenol A, 1,10 g Bisphenol
A und 0,0015 g Matriummethylat wurden in 100 g Aceton bei Raumtemperatur gelöst.
Mit dieser Lösung wurde das Feinglimmervlies bei Rauiteiperatur imprägniert und
anschliessend während 8 h bei 1600C getrocknet. Die Zugfestigkeit, gemessen an einem
5 cm breiten Streifen betrug unbehandelt 1.4 kp und nach der Behandlung 3,5 kp.
Das Flächengewicht des unbehandelten Feinglismervlieses betrug ebenfalls 160 g/qm.
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Beispiel 5 3,90 g von Diglycidyläther des Bisphenol A, 1,20 g Hydrochinon
und 0,001 g Benzyltrimethylamxoniumchlorid wurden in 100 g Methyläthylaceton bei
Raumtemperatur gelöst. Mit dieser Lösung wurde ein Feingliiiervlies, welches ein
Flächengewicht von 160 gJqm hat, bei Raumtemperatur imprägniert und anschliessend
während 20 h bei 1750C getrocknet. Die Zugfestigkeit, wieder gemessen an einem 5
cm breiten Streifen betrug unbehudelt 1,3 kp und nach der Behandlung 4,1 kp.
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Bei allen diesen Beispielen beträgt der Anteil des im Feinglimmervlies
verbleibenden Kunstharzes, je nach dem Porenvolumen des Feinglimmervlieses 4 bis
6 Gewichtsprozent des behandelten Feinglimmervlieses.