AT506332A1

AT506332A1 - Verfahren zum herstellen von glimmerhaltigem material sowie isolierstoff umfassend dieses material

Info

Publication number: AT506332A1
Application number: AT2192008A
Authority: AT
Inventors: Michael Raber; Valentin Posea; Elena Haralambie
Original assignee: Isovolta
Priority date: 2008-02-11
Filing date: 2008-02-11
Publication date: 2009-08-15
Also published as: WO2009100471A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von glimmerhal-tigem Material sowie Isolierstoffe umfassend dieses Material.

Es ist bekannt, glimmerhaltiges Material zur elektrischen Isolation von Wicklungselementen in rotierenden elektrischen Hochspannungsmaschinen zu verwenden. Dabei werden die Wicklungselemente aus konstruktionstechnischen Gründen entweder als Formspulen oder Leiterstäbe, vorzugsweise Röbelstäbe, ausgebildet. Diese Wicklungselemente werden mit einer glimmerhaltigen Hauptisolation, beispielsweise ein glimmerhaltiges Laminat, versehen und im Vakuum-Druckimprägnierverfahren weiterbehandelt. Dabei werden als Imprägnierharze Epoxidharze eingesetzt, welche das Isolationssystem im Vakuum und unter Druck durchtränken, sodass mögliche Hohlräume zwischen den Wicklungslagen, welche Teilentladungen hervorrufen können, vollständig mit Imprägnierharz ausgefüllt werden. Nach Aushärtung des Imprägnierharzes entsteht ein elektrisch und mechanisch stabiles Isolationssystem.

Die Herstellung der vorgenannten glimmerhaltigen Isolierstoffe erfolgt üblicherweise in zwei Verfahrensschritten, wobei im ersten Verfahrensschritt ein Glimmerpapier hergestellt wird, welches in einem zweiten Verfahrensschritt mit einem Trägermaterial verklebt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nunmehr, die Herstellung des eingangs genannten glimmerhaltigen Materials aus Apparate technischer Sicht zu vereinfachen, wobei jedoch die Elektroisolationseigen-schaften sowie mechanischen Festigkeitswerte bekannter Isolierstoffe erzielt werden sollen.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass ein Trägermaterial mit einer wässrigen, Glimmer enthaltenden Pulpe versetzt, und das wässrige Medium mit Unterdrück und Wärmebehandlung entfernt wird.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann im Vergleich zu bekannten Verfahren zumindest ein Verfahrensschritt eingespart werden.

Durch das Behandeln unter Unterdrück werden des Weiteren die Glimmerpartikel aus der Glimmer enthaltenden, wässrigen Pulpe innerhalb des Trägermaterials verteilt. Dadurch können sehr hohe Anteile an Glimmer erreicht werden, was einen positiven Einfluss auf die thermische Leitfähigkeit sowie die elektrischen Isolationseigenschaften des erfindungsgemäß hergestellten glimmerhaltigen Materials hat.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von möglichen Ausführungsbeispielen zur Durchführung der Erfindung sowie einer möglichen Vorrichtung zum Herstellen des glimmerhaltigen Materials erläutert.

Dabei zeigt Figur 1 eine Skizze für eine Vorrichtung, wie sie beispielsweise zum Herstellen von Glimmerpapieren verwendet wird.

Beispiel 1

Als Trägermaterial 2 wird ein Glasfasergewebe mit einer Dicke von etwa 0,05 mm eingesetzt und an einer Abwickelvorrichtung 3 angebracht. Anschließend wird das Glasfasergewebe 2 an die Oberfläche eines Siebbandes 4 herangeführt. Das Siebbänd 4 befindet sich in einer in sich geschlossenen Einheit 5, welche laufend mit einer glimmerhaltigen Pulpe 6 gespeist wird. Diese wird durch AufSchliessung von Rohglimmer mit Wasser kontinuierlich erzeugt, wobei der Rohglimmer in Glimmerschuppen zerfällt. Gemäß Beispiel 1 wird als Glimmerkomponente Muskovit mit einer Fließrate von 27,3 kg/h eingesetzt. Die Glimmerpartikel selbst weisen einen Durchmesser von bis zu 2000μπι auf.

Durch das kontinuierliche Speisen der Einheit 5 mit der glimmerhaltigen Pulpe 6 erfolgt eine Feinverteilung der Glimmerschuppen im Trägermaterial, insbesondere in den Freiräumen, welche zwischen den Quer- und Längsfasern der Faserstränge vorliegen. Eine weitere Verteilung der Glimmerschuppen erfolgt durch das Absaugen von Wasser mittels einer Vakuumtrommel 7, in welcher das Gewebe derart zusammengepresst wird, dass noch verbleibende Freiräume mit Glimmerpartikel penetriert werden. Eventuell verbleibende Rückstände des wässrigen Mediums werden durch Abtrocknen in drei aneinander geschalteten Öfen 8 entfernt, sodass ein Wasseranteil von höchstens 0,1 Gew.% erzielt wird. Anschließend wird das erhaltene glimmerhaltige Fasergewebe 1 auf einer Rolle gelagert.

Die Produktparameter des gemäß Beispiel 1 erhaltenen glimmerhaltigen Fasergewebe weisen folgende Werte auf: 0,10 mm 0,125 kg/m2

Dicke

Flächengewicht

Durchschlagfestigkeit 3,0 kV 27 g/m2

Glasanteil

Beispiel 2

Die Verfahrensführung gemäß Beispiel 2 erfolgt analog zu Beispiel 1, jedoch mit dem Unterschied, dass als Trägermaterial 2 ein Glasfasergewebe mit einer Garndrehung von > 0 und einer Dicke von 0,04 mm eingesetzt wird.

Die in sich geschlossene Einheit 5 wird mit einer glimmerhaltigen

Pulpe 6 gespeist, welche eine Mischung aus Muskovit und Phlogopit im Anteil von 2:3 ist. Die Fließrate beträgt 13,6 kg/h.

In die Einheit 5, welche mit der glimmerhaltigen, wässrigen" Pulpe 6 gespeist wird, wird des Weiteren eine 2%-ige kollodiale Lösung eines Epoxidharzes eingetragen.

Dieselbe kolloidale Lösung wird zusätzlich über eine Sprühanlage 9 aufgetragen, welche der Vakuumtrommel 7 vorgeschaltet ist.

Durch die vorgenannte Maßnahme wird eine gewisse Klebrigkeit am glimmerhaltigen Material erzeugt. Diese kann für die weitere Verarbeitung, wie das Herstellen von Pregregs nützlich sein.

Die gemäß Beispiel 2 erhaltenen glimmerhaltigen Materialien 1 werden geprüft und die Prüfwerte mit bekannten glimmerhaltigen Isolierstoffen verglichen.

Folgende Messwerte wurden ermittelt:

Produkt gemäß Beispiel 2 Vergleichsbeispiel Produktparameter Dicke 0,09 mm 0,13 mm Flächengewicht 0,120 kg/m2 0,131 kg/m2 Durchschlagfestigkeit 3,0 kV 2,0 kV Harzanteil 17 g/m2 28 g/m2 Glasanteil 27 g/m2 27 g/m2 Anteil an Glimmerschuppen 76 g/m2 76 g/m2

Beispiel 3

Die Verfahrensführung erfolgt analog zu Beispiel 2, wobei als Trägermaterial 2 ein Glasfasergewebe mit einer Garndrehung von £ 0 und einer Dicke von mehr als 0,05 mm eingesetzt wird.

Dieses Gewebe wird mit einer wässrigen Glimmerpulpe 6 versetzt, wobei als Glimmermaterialien Muskovit und Phlogopit in einem Verhältnis von 3:2 eingesetzt werden. Die Fließrate beträgt 27,3 kg/h. An der Sprühanlage 9 wird das erhaltene glimmerhaltige Zwischenprodukt mit einer kolloidalen, 5%igen Fluorpolymere enthaltenden Lösung beaufschlagt, wobei mit einer Fließrate von 5 kg/h gearbeitet wird.

Am Verfahrensendprodukt, nämlich dem glimmerhaltigen Material wurden folgende Messwerte ermittelt: • · φφ · ·· ♦··# ····#·· · * ········· - Dicke Ο,09 mm - Flächengewicht 0,120 kg/m2

- Durchschlagfestigkeit 3,5 kV - Glasanteil 27 g/m2

Beispiel 4

Die Verfahrensführung erfolgt analog zu Beispiel 1,wobei anstelle eines Glasfasergewebes als Trägermaterial 1 ein Polyestergewebe mit einem Flächengewicht von mehr als 80 g/m2 verwendet wird.

Die wässrige glimmerhaltige Pulpe 6 wird aus Muskovit/Phlogopit in einem Anteil von 8:5 gebildet und mit einer Fließrate von 27,3 kg/h in die Einheit 5 eingebracht.

Am Verfahrensendprodukt, nämlich dem glimmerhaltigen Trägermaterial 1 wurden folgende Messwerte ermittelt: - Dicke 0,10 mm - Flächengewicht 0,185 kg/m2

- Durchschlagsfestigkeit 3,5 kV

Beispiel 5

Das gemäß Beispiel 1 erhaltene glimmerhaltige Material 1 wird mit einer Lösung bestehend aus einem Expoxidharz (0,8 Epoxyäquivalente / 100 g Harz), einem Beschleuniger und einem Härter imprägniert.

Als Lösungsmittel können beispielsweise Systeme aus Aceton und Toluol in einem Anteil von 1:1 bis 1:0 bzw. 3:2 eingesetzt werden. Der Festkörpergehalt des Harzes liegt in einem Bereich von 15 - 40 Gew.% vorzugeweise 25 Gew.%.

Nach dem Imprägnieren des glimmerhaltigen Materials 1 wird in einem Härteofen je nach Verweilzeit und eingestellter Temperatur der Aushärtungsprozess der eingesetzten Imprägnierharze gesteuert, sodass entweder ein Prepreg im Α,Β-Zustand oder ein ausgehärtetes Laminat (C-Zustand) erhalten wird.

Der vorgenannte Verfahrensablauf erfolgt kontinuierlich in einem Zeitraum von 1 bis 4 m/min, vorzugsweise 2 m/min, wobei nach Erhalt des Endproduktes dieses abgekühlt und auf einer Rolle gelagert wird.

Zu diesem Verfahrensendprodukt wurden folgende Werte ermittelt, welche mit einem Vergleichsbeispiel verglichen werden.

·· ·· * ·· ···· · ······· · ·· t · · · · · · · · · • · # · I * · · · • · · · I» _? ·· · ·

## ·· ΜΦ *· ·· IM

Produkt gemäß Beispiel 5 Vergleichsbeispiel Produktparameter Dicke 0,10 mm 0,13 mm Flächengewicht 145 g/m2 153 g/m2 Anteil an mit Glimmer versetzten Glasfasergewebe 125 g/m2 Glimmerpapieranteil 98 g/m2 Harzanteil· 20 g /m2 28 g/m2 Glasanteil insgesamt 27 g/m2 27 g/m2 Durchschlagfestigket 3 kV 2,0 kV

Der so erhaltene Isolierstoff liegt vorzugsweise in flexibler Form vor, sodass er sich zu Isolierung von Wicklungselementen in rotierenden Hochspannungsmaschinen eignet.

Beispiel 6

Das gemäß Beispiel 5 erhaltene Verfahrensendprodukt wird entsprechend zugeschnitten und mehrere Zuschnitte zu einem Stapel aufgebaut, welcher folgenden Bedingungen unterworfen wird: - Vorheizen bei 180’C in Intervallen von je 20 Minuten bei einem Druck von 22 bar, - anschließendes Erwärmen für 300 min bei 180’C, wobei der Druck beibehalten wird und - abkühlen auf 30’C innerhalb von 30 min, wobei der Druck von 22 bar beibehalten wird.

Das so erhaltene, nicht flexible Laminat kann als Isolierstoff für elektrische Maschinen eingesetzt werden.

Dies wird an folgenden Messwerten gezeigt:

Produkt gemäß Beispiel 6 Vergleichsbeispiel Produktparameter Biegefestigkeit bei 23’C 320 MPa 200 MPa Biegefestigkeit bei 150'C 300 MPa 150 MPa Biegefestigkeit bei 180’C 270 MPa 120 MPa Dichte 2,27 kg/ccm 1,9 g/ccm Dielektrische Stabilität 23’C 65,0 kV/mm 50,0 kV/rnm Harzanteil 14 % 32 % Lagen/mm 12 8

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass mit dem erfindungsgemäßen kontinuierlichen Verfahren, welches in einem einzigen Verfahrensschritt abläuft, glimmerhaltige Materialien erzeugt werden, die bei ihrer Verwendung als Elektroisolierstoffe dieselben bzw. bessere Messwerte im Vergleich zu bekannten Isolierstoffen zeigen.

Dies lässt sich insofern erklären, als der hohe Glimmeranteil die elektrischen Isolationseigenschaften beeinflusst, wobei die Verteilung der Glimmerpartikel gleichmäßig, d.h. in den Zwischenräumen, welche durch die üblichen Kette- und Schussfäden gebildet werden, verteilt sind.

Durch diese gleichmäßige Verteilung wird des Weiteren die Flexibilität des Materials nicht beeinflusst, sodass das erhaltene Material einerseits in flexibler Form, beispielsweise zum Herstellen einer Wicklungsisolation, verwendet werden kann. Werden mehrere Lagen dieses Materials zu einem Prepreg ausgebildet und dieses anschließend ausgehärtet, so entsteht ein nicht flexibles, also steifes Laminat, welches beispielsweise als Isolierung für elektrische Maschinen dienen kann.

11.2.2008 ISOVOLTA AG ve r t

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Bezugszeichenliste: 1. Glimmerhältiges Trägermaterial 2. Trägermaterial· 3. Abwickelvorrichtung 4. Siebband 5. Geschlossene Einheit 6. Glimmerhältige Pulpe 7. Vakuumtrommel 8. Ofen 9.

Sprühanlage

Claims

/3EER & PARTNER _ PÄTENTANW AI T E KEG 1070 Wien, Luidengasse 8 • · ·· · ·· ♦ ·♦· · • · · # ·· · · ·· • ·· · · ^41.2.20^)8 • · · « · · · 4 r ·..··..* .:.*.JT3^il3£liOopAT KD/K ISOVOLTA AG in Wiener Neudorf, AT Patentansprüche: 1. Verfahren zum Herstellen eines glimmerhaltigen Materials, dadurch gekennzeichnet, dass ein Träger mit einer wässrigen glimmerhaltigen Pulpe versetzt, und das wässrige Medium mit Unterdrück und Wärmebehandlung entfernt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Glimmermaterial Muskovit und/oder Phlogopit in kalzinierter und/oder unkalzinierter Form eingesetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Glimmermaterial Verstärkungsfasern, vorzugsweise Wollastonit- und/oder Basaltfasern zugesetzt werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelgröße des Glimmers bis zu 5000 μιη beträgt.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Trägermaterial ein Gewebe, Gelege oder Vließ eingesetzt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial aus Glas, Kunststoff oder einem Hybridmaterial besteht.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial eine Glasfasermatte mit einem Flächengewicht in einem Bereich von 20 bis 1500 g/m2, einer durchschnittlichen Faserdicke von 5,5 bis 600 tex und einer Garndrehung von * 0 ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial mit einem Haftvermittler versehen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Haftvermittler eine Silanverbindung ist.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das wässrige Medium für die Ausbildung der glimmerhaltigen Pulpe polymere Verbindungen mit Monomereinheiten, ausgewählt aus der Gruppe Fluorwasserstoff, Acrylat, Polyurethan, Epoxy, Silikon sowie Mischungen daraus, aufweist.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil von Glimmer zu Harz in einem Bereich von 15:1 bis 1:1 liegt.
12. Glimmerhaltiges Material umfassend ein faseriges Trägerma- Μ ·« · «· ···· terial und Glimmerpartikel, wobei die Glimmerpartikel in den Faserzwischenräumen angeordnet sind.
13. Glimmerhaltiges Material nach Ansp Σ'u eh 12/ dadurch gekennzeichnet, dass das glimmerhaltige Material aus Muskovit und/oder Phlogo-pit in kalzinierter und/oder unkalzinierter Form besteht.
14. Glimmerhaltiges Material nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das glimmerhaltige Material zusätzlich Verstärkungsfasern, vorzugsweise Wollastonit- und/oder Basaltfasern enthält.
15. Glimmerhaltiges Material nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial aus einem Gewebe, Gelege oder Vließ besteht.
16. Glimmerhaltiges Material nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern des Trägermaterials eine durchschnittliche Faserdicke von 5,5 bis 600 tex und eine Garndrehung von > 0 aufweisen.
17. Glimmerhaltiges Material nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägermaterial eine glasfaserhälti-ge Matte mit einem Flächengewicht von 20 bis 1500 g/m2, einer durchschnittlichen Faserdicke von 5,5 bis 600 tex und einer Garndrehung von * 0 ist.
18. Glimmerhaltiges Material nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Flächengewicht in einem Bereich von 30 bis 1500 g/m2 liegt.
19. Verwendung eines gliiranerhaltigen Materials nach einem der Ansprüche 12 bis 18 zur Herstellung von flexiblen Isolierstoffen, wie Folien oder Isolierbändern.
20. Verwendung eines gliiranerhaltigen Materials nach einem der Ansprüche 12 bis 18 zur Herstellung eines ein- oder mehrlagigen Pre-pregs, welches unter Anwendung von Druck und erhöhter Temperatur in ein nicht flexibles Laminat ausgehärtet wird.
21. Verwendung des nach Anspruch 20 hergestellten nicht flexiblen Laminates zur Herstellung eines Isolierbauteiles von elektrischen Hochspannungsmaschinen. ISOVOLTA AG vertqgfc^sjxafcwÄte DIPL.-ING. MANFR6DJ3EEK DiPL-iNp. μινηαιΛ HEHgMAotR ^S$;l ^@övl^r^y|A_pungler (Ausweis-Nr.: 419/