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Elektrisches Isolierband, Folie oder biegsame Isolierschicht
Die Erfindung betrifft aufwickelbare und biegsame elektrische Isoliermassen, die auf Glimmerbasis hergestellt werden. Zweck der Erfindung ist, die Qualität dieser Isoliermassen zu verbessern, den Wärmeund elektrischen Bereich und ihre Verwendbarkeit unter gleichzeitiger Erzielung von Materialeinsparungen samt ökonomischer Herstellungsverfahren zu erweitern.
Als Bindemittel bei den bisherigen Isoliermassen auf Glimmerbasis bzw. auf der Basis von aufbereitetem Glimmer werden vorwiegend Epoxydharze, ausgehärtet durch Anhydride organischer Säuren, durch saure Polyesterharze oder durch Dicyandiamid, verwendet. Die Wichtigkeit des verwendeten Bindemittels geht vor allem daraus hervor, dass eben durch das Bindemittel die ausschlaggebenden technologischen, technischen und Verwendbarkeitseigenschaften der hergestellten Glimmerisoliermassen bestimmt werden.
Bei Verwendung von Bindemitteln aus Epoxyden, die durch Anhydride ausgehärtet werden, treten bei den Glimmerisoliermassen als negative Folgen kurze Stabilität und eine verhältnismässig geringe Wärmebeständigkeit auf, so dass deren Verwendung höchstens bis 1300C in Frage kommt. Bei aus Epoxydpolyestern hergestellten Bindemitteln kommen ausser den technischen Nachteilen, die von der schwierig zu bewältigenden Technologie herrühren, besonders ungünstig die überaus langen Aushärtezeiten hinzu. Bei Isolationsmaterial mit Bindemitteln aus Epoxydharzen. die mit Dicyandiamid ausgehärtet werden, erweist sich in technologischer Hinsicht besonders ungünstig deren Nichteignung für eine fliessende Fertigung, und in technischer Hinsicht deren unzureichende elektrische, thermische und mechanische Eigenschaften.
Dicyandiamid ist nämlich in unpolaren Lösungsmitteln unlöslich. und man muss deshalb Azeton als polares Lösungsmittel verwenden, in dem es wenigstens teilweise aufgelöst wird. Nach der Bearbeitung setzt sich das Dicyandiamid jedoch am Boden der Lackierungsbehälter ab, weshalb es dann nicht immer gleichmässig in die Isoliermassen eindringen kann und dadurch deren ungleichförmige Qualität und somit auch Ausschuss bedingt. Das Azeton selbst wirkt sehr aggressiv auf das Glimmerpapier und beim Trocknen der Isoliermassen bei höheren Temperaturen verursacht es die Ausbildung unerwünschter Klumpen.
Aus diesem Grunde muss das Trocknen sehr langsam vor sich gehen, u. zw. durch Lufttrocknung und bei Zimmertemperatur. Die elektrischen Eigenschaften der bereits ausgehärteten Isoliermassen verschlechtern sich ausserdem bei Temperaturen über 100 C sehr beträchtlich. Infolge der angeführten Tatsachen ist ihre Herstellung schwierig, unrentabel, die Qualität ist unzureichend und die Verwendungsmöglichkeiten derartiger Glimmerisoliermassen ist dadurch sehr eingeschränkt.
Die angeführten Nachteile werden durch die Erfindung beseitigt, u. zw. dadurch, dass das auf der Basis Glimmer und Harz hergestellte Bindemittel eine neue, wesentlich bessere Art der Isoliermasse ausbildet, die für die Wärmeklassen B und F und für Nieder-und Hochspannungsverwendungsmöglichkeiten geeignet ist. Als Bindemittel bei dieser Glimmerisoliermasse, die als elektrisches Isolierband, Folie oder biegsame Isolierschicht ausgebildet werden kann, wird erfindungsgemäss eine Mischung von Harzen verschiedener Kondensationsstufen mit einem Anteil von höchstens 600/0 eines niedermolekularen Harzes verwendet.
Das betreffende mittelmolekulare Harz bzw. eine Mischung von Harzen verschiedener Kondensationsstufen, die gewöhnlich aus nieder- und mittelmolekularen Harzen besteht, ist hier jedoch gleichzeitig dadurch spezifisiert, dass es eine durch Alkylresole bestimmte harzartige Modifikation sein muss,
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parierte Glimmer und das Glimmerpapier mit einer geeigneten Trägerunterlage, z. B. Glasfasern, bildet.
Als Bindemittel der Isolierkomponenten ist hier die Mischung von Epoxyd-Harzen verschiedener Kondensationsstufen, vorteilhaft im Verhältnis 1 : 1-2 : 1 des mittelmolekularen zu niedermolekularem Harz, wobei diese Mischung durch Butylresol in einem vorher bereits angegebenen und abgegrenzten Verhältnis von Epoxyd- und Phenolgruppen modifiziert werden kann.
Der Arbeitsvorgang bei der Herstellung der erfindungsgemässen Isoliermasse ist folgender : In unpolaren Lösungsmitteln. vorteilhaft in Toluol, wird eine tige Lösung aus mittelmolekularem Epoxydharz oder aus einer Mischung von Epoxydharzen verschiedener Kondensationsstufen zubereitet. Es handelt sich hier um ein Harz oder um eine Mischung, die durch Alkylresole, vorzugsweise z. B. mit Butylresol, modifiziert ist, u. zw. in einem Verhältnis der Epoxygruppen zu den Phenol-Hydroxylgruppen, wie 1 : 1. 5 - 1 : 3. 5. Die angeführte Lösung wird kontinuierlich, mit Vorteil auf einer Lacldermaschine, auf das laufende Isoliermaterial aufgetragen, das z. B. aus präpariertem Glimmer, Glimmerpapier und der Trägerunterlage aus Glasfasern besteht.
Das imprägnierte Material wird hierauf getrocknet, u. zw. bei der Verdampfungstemperatur des verwendeten Lösungsmittels, vorzugsweise in einem Temperaturbereich von 100 bis 1500C.
Die Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der erforschten und erprobten Anwendungsmöglichkeit von abgegrenzten Kombinationen bestimmter Arten der mit Alkylresolen modifizierten Epoxydharze in der gegebenen Verbindung mit Glimmer-Isolierkomponenten. Alkylresole sind in dem angegebenen Bereich und in der gegebenen Verbindung in unpolaren Lösungsmitteln löslich, und sie weisen eine ausreichende Zahl an Funktionsgruppen in bezug auf die Kombinationen mit Epoxydharzen auf. Unter Beibehaltung der dargelegten Bedingungen sind sie in der Lage, bei hohen Temperaturen zusammen mit dem Epoxydharz ein kompaktes Ganzes zu bilden, welches durch hervorragende elektrische, mechanische und Temperatureigenschaften gekennzeichnet ist.
In Verbindung mit den Glimmerkomponenten ermöglicht das erwähnte Bindemittel eine sehr vorteilhafte, kontinuierliche Herstellung von Isolierbändern, Folien und biegsamen Glimmerschichten der Wärmeklasse B und F, u. zw. sowohl aus natürlichem als auch aufbereitetem Glimmer, d. h. auch jenen Typen, die unter der Bezeichnung"biegsame Remikanite"bekannt sind u. ähnl. Bei diesem Bindemittel bleibt die Kompaktheit des Glimmerpapiers und der Glimmerkomponente nicht nur unverändert, sondern wird durch das Imprägnieren noch verbessert, wodurch eine weitere wesentliche Qualitätssteigerung der erzeugten Isoliermassen erzielt wird.
Bei den angegebenen Verhältnissen und Kombinationen wird die kontinuierliche Herstellung von Glimmer-Isoliermassen mit hervorragenden elektrischen und andern Eigenschaften ermöglicht, deren Verwendung und Dauerbelastung auch schon bei 1550C und für Hochspannungen möglich ist. Die Herstellungskosten dieser neuen Isolerstoffe sind, obwohl es sich hier um höhere Wärmeklassen und die Möglichkeit eines bedeutend grösseren Verwendungsbereiches auch auf andern technischen Gebieten handelt, wesentlich kleiner, die Produktivität und die Ökonomie ihrer Herstellung wesentlich höher. Die Verwendung von erfindungsgemäss hergestellten Isoliermassen zeigt auch günstige Auswirkungen bei elektrischen Maschinen für höhere Spannung und höhere Betriebstemperaturen, wodurch in wirtschaftlicher Hinsicht grosse Einsparungen erzielt werden.
Beispiel l : Aus einer Mischung von 40 Gew.-Teilen niedermolekularem Epoxydharz mit einem
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von 98 bis 990C und einem Siedepunkt von 2370C und Formaldehyd im Verhältnis 1 : 1. 5 in NaOH als Medium durch Kondensation hergestellt wird, wird durch Auflösung in Toluol eine zigue Bindemittellösung zubereitet. Biegsame Isoliermassen aus aufbereitetem Glimmer, Remikaisoliermassen, die durch dieses Bindemittel imprägniert wurden, haben nach einer fünfstündigen Aushärtung bei 1800C eine kom-
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in der Wärmeklasse F und für Hochspannungen gezeigt.
Bei s p i el 2 : Die45 oige Lösung eines Bindemittels in Toluol wurde durch Auflösen von SOGew.-Tei- len niedermolekularem Epoxydharz mit einem Epoxydäquivalent 170, 30 Gew. -Teilen mittelmolekularem Epoxydharz mit einem Epoxydäquivalent 490 und 40 Gew.-Teilen p-t-Butylresol zubereitet. Die Folie und das Band aus aufbereitetem Glimmer, Remikafolie und Ramikaband wurden mit dem angeführten Bindemittel kontinuierlich in einer Lackiermaschine derart behandelt, dass das Bindemittel auf das Glimmerpapier mit Glasfaserstoff als Trägersubstanz aufgetragen wurde.
Die Folien und die Bänder wurden bei einer Temperatur von 105-t 10 C beim Durchgang durch den Trocknungstunnel von der Länge 3, 5 m mit einer Geschwindigkeit von 0. 4 bis 0. 45 m/min getrocknet. Aus den gewonnenen Isoliermassen wurden Statorstangen der Abmessungen 12 x 30 X 600 mm durch Aufbügeln bei 900C hergestellt. Die Tiefe der Isolierschicht betrug 2, 5 mm. Die Isolierstangen wurden in einer Form gepresst und bei einer
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Temperatur von 1800C während 5 h ausgehärtet.
Auf derart zubereiteten Statorstangen wurde ein Verlustkoeffizient in Abhängigkeit von der Temperatur und Spannung gemäss folgender Tabelle gemessen :
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<tb>
<tb> Temperatur <SEP> Verlustkoeffizient <SEP> in <SEP> % <SEP> bei
<tb> in <SEP> OC <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> kV <SEP> 3, <SEP> 0 <SEP> kV <SEP> 4, <SEP> 5 <SEP> kV <SEP> 7,6 <SEP> kV <SEP> 9, <SEP> 0 <SEP> kV <SEP>
<tb> 20 <SEP> 0, <SEP> 3 <SEP> 0, <SEP> 3 <SEP> 0, <SEP> 3 <SEP> 0, <SEP> 67 <SEP> 1, <SEP> 2 <SEP>
<tb> 100 <SEP> 1, <SEP> 3 <SEP> 1, <SEP> 32 <SEP> 1, <SEP> 33 <SEP> 1,63 <SEP> 1, <SEP> 88 <SEP>
<tb> 130 <SEP> 2, <SEP> 34 <SEP> 2, <SEP> 36 <SEP> 2, <SEP> 36 <SEP> 2, <SEP> 7 <SEP> 3, <SEP> 1 <SEP>
<tb> 155 <SEP> 5, <SEP> 86 <SEP> 5, <SEP> 96 <SEP> 6. <SEP> 04 <SEP> 6, <SEP> 77 <SEP> 7, <SEP> 5 <SEP>
<tb>
Beispiel 3 :
Das im Beispiel 2 angeführte Bindemittel wurde für die Herstellung biegsamer Glimmerschichten, Erzeugnissen aus Glimmer und einer gläsernen Trägersubstanz, Glasmikanit als auch von Erzeugnissen aus aufbereitetem Glimmer, Glimmerpapier mit gläserner Trägersubstanz, Glasremikanit, verwendet. Bei der Zubereitung eines Musters aus Glasmikanit von der Tiefe 0, 2 mm wurden 34 g Glimmer, Splitting der Grösse Nr. 5 und 68 g 22, eiger Lösung des Bindemittels in Toluol, hergestellt nach Beispiel 2, abgewogen. Das Bindemittel wurde gesondert auf jede Schicht der von Hand aus aufgelegten Glimmerblättchen aufgetragen, die gegenseitig derart angeordnet wurden, dass sie einander überdeckten ; die erste Schicht wurde hiebei auf Lignozelpapier gelagert.
Auf die obere, letzte Schicht wurde der Glasfaserstoff aufgelegt, der ebenfalls durch das Bindemittel imprägniert wurde. Das so ausgebildete Glasmikanit wurde dann während 2 h luftgetrocknet, gegebenenfalls wurde es dann auf die andere Seite umgekehrt, wo es ebenfalls mit Glasgewebe versehen und hierauf ausgeglichen wurde, um die Entstehung von Falten zu vermeiden. Das fertige Erzeugnis wurde 2-3 Tage frei an der Luft und hierauf 2 h bei 500C getrocknet. Die Herstellung des Glasremikanit-Isoliermassentyps verlief ähnlich ; die Vereinfachung des Herstellungsverfahrens ergab sich hier als natürliche Folge des bereits präparierten Glimmers bzw. Glimmerpapiers.
Die auf die beschriebene Art hergestellten biegsamen Glimmerisolierschichten wiesen bei vollem Umfang ihrer Wärme- und elektrischen Verwendbarkeit sehr gute mechanische und elektrische Eigenschaften auf.
Die Verwendung der Erfindung kommt vor allem in den bereits bestehenden bzw. auch neu gebildeten Betrieben für die Herstellung von Glimmer-Isoliermassen in Frage. Es wird hiedurch ermöglicht, den überwiegenden Teil bisheriger technischer und technologischer Schwierigkeiten zu überwinden, eine weitgehende Mechanisierung, eine wesentliche Steigerung der Arbeitsproduktivität sowie auch eine Steigerung der Qualität zu erzielen. Abgesehen davon, dass die neuen Isoliermassen wesentlich besser sind und umfangreiche Verwendungsmöglichkeiten bieten, sind sie auch bezüglich der Herstellungskosten billiger, da das Material selbst etwa um ein Drittel billiger ist.
Weitere Vorteile ergeben sich für die Verbraucher vor allem in der Steigerung der Lebensdauer und Betriebssicherheit elektrischer Maschinen und Einrichtungen, die in den Wärmeklassen B und F für höhere Leistungsbereiche verwendet werden können. Wichtig ist auch jener Umstand, dass mit Hilfe der Erfindung in bedeutendem Umfang die Verwendungsmöglichkeiten von Isoliermassen mit aus aufbereitetem Glimmer hergestellten Komponenten gegeben sind, bei denen sehr ökonomisch auch die minderwertigeren Glimmerarten sowie Abfall verwendet werden können. Ausser der Verwendung für die Isolierung von Polspulen bei Traktionsmotoren können diese Isoliermassen bei voller Beibehaltung der geforderten Qualität und des Nutzeffektes, z.
B. auch für die Nutenisolierung, Zwischengewindeisolierung, Isolierung von Statorwicklungen bei Hochspannungsmaschinen, für Gleichstrommaschinen mit höherem Erwärmungsgrad und hohen Leistungen sowie auch bei andern, sehr verschiedenen elektrischen Maschinen und Geräten verwendet werden.
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