Verfahren zur Herstellung einer isolierten Spule und nach diesem Verfahren erhaltene Spule. Beim Bau von elektrischen Apparaten, insbesondere Hochspannungsgeneratoren und dergleichen, treten dadurch Schwierigkeiten auf, dass bei Spannungen oberhalb 1000 Volt mit steigendem Wert der angelegten Span nung ein scharfer Anstieg des Verlustfaktors eintritt.
So zeigt. beispielsweise eine Spule, die bei der Prüfung mit 2 kV bei 25 C einen Verlustfaktor von etwa 2 /o aufweist, bei einer Prüfspannung von 16 kV einen Ver- lustfaktor von 12 %. Dieser scharfe Anstieg des Verlustfaktors, der an sich unerwünscht ist, lässt erkennen, dass die Isolation Mängel, z.
B. zweifellos viele Lufteinschlüsse und an dere Ilohlräume, aufweisen muss. lioronaent- ladung und vorzeitiges Durchschlagen mit da durch bewirktem Versagen der Isolation kön nen deshalb viel eher eintreten als bei Vor handensein einer fehlerfreien Isolation. über dies steigt der Verlustfaktor gewöhnlich sehr rasch mit steigenden Temperaturen. Verlust faktorwerte von bis zu 25 oio bei 125 C sind bei gewissen Isolationen, die gegenwärtig im Gebrauch sind, nicht ungewöhnlich.
Ein Teil der Schwierigkeiten, auf die man bisher stiess, kann auf die Isoliermate rialien, derer man sich bisher bediente, zu rückgeführt werden. Es ist in der elektrischen Industrie heute sozusagen allgemein üblich, als Isoliermaterial auf Hochspannungsspulen mit Asphalt von hohem Schmelzpunkt gebun denen Glimmer zu verwenden. Asphalt ist im Gebrauch bei tiefen Temperaturen befriedi gend, besitzt jedoch den Nachteil, dass er thermoplastisch ist und deshalb aus den End windungen der Spule herausschwitzt oder blutet, wenn die Leiter etwas über 100 C lie genden Temperaturen unterworfen werden.
Asphaltbindemittel für Glimmer besitzen noch den weiteren Nachteil, die Polymeri- sation von Imprägnierharzen zu hemmen, so dass manche Imprägnierharze nicht polyme risieren oder nicht richtig erhärten. Asphalte weisen ferner hohe dielektrische Verluste bei hohen Temperaturen auf.
Die vorliegende Erfindung betrifft. nun ein Verfahren zur Herstellung einer isolier ten Spule, die mehrere gegeneinander isoliert Leiterwindungen und eine über die vereinig ten Windungen aufgebrachte Erdisolation aufweist, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass man (1) die vereinigten Leiterwindun gen mit einer blattförmigen Isolation tun wickelt, die aus eines- blattförmigen Unter lage, darauf aufgebrachten Glimmerblätt- ehen und einem die Glimmerblättchen und die blattförmigen Unterlage zu einem ein heitlichen Gebilde vereinigenden zähflüssigen Bindemittel einer Viskosität von 75 bis <B><U>5000</U></B> Posse bei 25'C besteht, (2)
die um hüllte Spule einer 175 C nicht übersteigen den Temperatur und einem Vakuum aussetzt, um Feuchtigkeit und andere flüchtige Be standteile zu vertreiben, (3) die im Vakuum behandelte Spule auf eine -unterhalb 50 C lie gende Temperatur abkühlt, (4) die Spule im Vakuum mit einer flüssigen, vollständig härtbaren Lösung imprägniert, welche zu- sammengesetzt ist ans 50 bis 90 Gewichts prozent mindestens einer polymerisierbaren, flüssigen, monomeren Verbindung, welche die polymerisierbare Gruppe CH2=CG aufweist,
lind zum Rest aus einem ungesättigten Ester, n,elcher durch Umsetzung (t) eines (-eirische, mindestens einer die Gruppe
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aufweisenden, ungesättigten Diearbonsäurc bzw. des Anhydrids einer solchen Dicarbon- sä:
are und mindestens einer gesättigten, gerad- kettigen Dicarbons'äure, deren ('arboxj-lgrtip- pen an den Enden der geraden Kette angP- < rdnet sind und deren Kette 2 bis 10 Kohlen stoffatonie und sonst keine reaktionsfähigen Substituenten aufweist, wobei die Menge der ungesättigten sauren Verbindung zwischen 10 und 50 14Iolprozent der sauren Komponenten ausmacht, mit b)
einem molekularen Äquiva- lent eines aliphatischen gesättigten Glykols, welches keine andern reaktionsfähigen Grup pen als die Hydroxylgruppen enthält., erhal t en wurde, (5) die imprägnierte Spule reit einem undurchlässigen blattförmigen Über zug umwickelt, sind (6)
die umhüllte Spule unter Anwendung von Druck und Hitze einer Verformung untertcirlt, derart, dal: die Esserlösung durch Polymerisation in den fe sten Zustand übergeht und der Spule die ge wünschte Form verliehen wird.
Ini Folgenden werden mehrere Ausfüh- rungsfornien der Erfindung, zum Teil an Hand der beiliegenden Zeichnungen, besehrie- ben. In diesen Zeichnungen sind Fig. 1 eine perspektivische Teilansicht einer teil < < reise mit einer Glininierisolation ver sehenen Spule, Fig. \' ein,
senkrechter Querschnitt durch Einen Troeknunigsofen für die umwick2ltc Spule, Fig. 3 ein senkrechter Querschnitt durch einen Imprägniertank, Fig. 4 ein Grundr iss einer mit. einem Schutzband nm:
viekelten Spule, Fig. ö ein senkrechter Querschnitt durch einen Teil einer Formpresse, und Fig. 6 eine graphische Darstellung, in wel cher die* Temperaturabhängigkeit des Ver- lustfaktors für verschiedene fIochspanniing,- spulen dargestellt ist.
Auf der Abszisse ist die Temperatur in Grad (' und auf der Ordinat der Verlustfaktor in Prozent aufgetragen.
Für das mit Glimmer versehene Blatt kann nian z. B. einen Träger aus Fasermate- rial oder harzartigem @Material verwenden. Als Bindemittel kann z.
B. niedermolekulares Po lystyrol, welches ein mittleres Molekular- gewielit von -100 bis ''0011 aufweist, oder anA ein mit einem flüssigen polycycliscIieii Kolt- lenwasser:stofplastifiziertes lioehntolekulares 1'ol;
,rst-ciol ver*vendet -erden. Ein solches Ma terial vbesitzt die Klebeei-enschaften, -elche erforderlich sind, tiii die (Tlininiei-flrn-ken an der Unterlage festzuhalten.
Polyst;vi-ol mit einem mittleren lloleku- largewieht von 3000 ist ziemlich hart und unbiegsam, so dass ein aus einem solchen Polystyrol ohne @Veiehmaeherzusatz lierge- stelltes Band sich nielit in befriedigender Weise auf Spulen aufwickeln lässt.
Überdies verzögert ein hochmolekulares Polvstyrol das Eindringen von nachträglich aufgebrachten Imprägniei-hiirzen. Polyst;crol mit einem unterlia.lb 400 liegenden 1-Iolekularge,i-iclit ist ungenügend viskos und ILlebrälüg und ent- Zveieht leicht aus dein Bind.
Zum Aufbrin < en von nieclrigniolektilareni Polystyrol hat es sieb iil@ zweckmässig erwi#,- sen, eine Lüsun- desselben in einem. flüch tigen.
organischer Lösungsmittel, beispiels weise in Benzol oder cineni seiner 1-Loiriologen, wie Xylol, Toluol, oder in (Teinischen dersel ben, enthaltend 5 bis '?5 (-ewiclitsprozent i'olystyi#ol-, zu verwenden. In ähnlicher Weise können auch. andere Lösungsmittel, die als Lösungsmittel für Polystyrol bekannt sind, verwendet werden. Mit Erfolg lälät sieb. z. B.
eine aus 15 Gewiehtsprozeiit Polystyrol mit einem mittleren -.vIolekulai-,ewieht von.<B>500</B> und 85 Gewielitsprozent Toluol bestehende lrösung verwenden.
Ein zweckmässiges Verfahren zur I1ei:st.e1- lung des Bandes besteht darin, ein Blatt aus Fasermaterial, wie z.
B. Papier. Baumwoll- tueh, Glasasergewebe oder Asbestgewebe unter einem Glininierturni vorbeizuführen, aus welchem eine Sehicht (_Tlinimerblättcheii in einer Dicke von 0,12 bis 0,25 111111 auf.' das Blatt ausgebreitet wird,
und hierauf die Polystyrollösung auf die auf.' clem Blatt aus gebreitete Sehicht von Gliinnierblättclien troti- fen zu lassen.
Das auf diese Weise erhaltene Blatt wird durch einei-i Ofen liindttreh- geführt, in weleheni das '1.'oliiol verdampft, wobei ein dtti'cli viskoses I'olvstvrolliai-z zti- sainmengehaltenes biegsames Glinimerbaid ent steht.
Gewünselitenfalls kann nian auf die Glimmersehieht eiti dünnes Blatt >ins Gewebe, Papier oder regenerierter Cellulose aufbrin- gen,
uni das Aufwickeln des blattförniigeti .Materials zu Rollen zti ermöglichen. Das blatt- förmige Material kann vor dein -\ttfrolleii in Bänder jeder gewünschten Breite geschnitten werden.
Das auf diese eise hergestellte Gliniinerisoliermaterial bleibt dauernd bieg- sani und unterliegt beim Lagern während nielit tillzulanger Zeit ilielit nierl@licli der Alterung, der IHrtung odei# einer sonstigen Versehleehterung.
I11 analoger Weise läl@t sieh ein Binde- iilittel verwenden, welches zii 1.7)
bis 75 Ge- wielitsprozelit aus Poli-styiol niit einen] llo- lekulargewic-ht von<B>30000</B> bis<B>250000</B> mid zuin Rest aus einem flüssigen polvcyelisehen Kohlenwasserstoff, der oberhalb 270" (' siedet;
und eine Viskosität von 0,5 bis 5 Poise bei '5 C aufweist, als Weichmacher besteht. Als fVeichinachei- sind z. B. Terplienyle, die min destens zu 40 Klo hydriert sind, Lind Mono-, Di- und Polyainylnaphtlialine geeignet.
Diese Polcstvrol-Weielnnachei-g@eniische bilden vis kose Flüssigkeiten, deren Viskosit=ät bei 25 (" zwisellen 75 und 25 000 Poise liegt.
Als Weichinacliei- geeignete hydrierte Terphenyle lassen sich nach verschiedenen. Methoden herstellen, beispielsweise durch py- rolytisehe Zersetzung von Benzol oder durch Unisetzung von Benzol mit Cyclohexclbromid in Gegenwart von Aluminiumbromid, wobei isomere Dicy clohexylbenzole entstehen.
Eines dieser Produkte, welches sich für den vorlie genden Zweck als besonders geeignet erwie sen hat, ist. ein Isonnerengetnisch von etwa 5:i 11!9i- liy>drierten o-, in- und p-Terphenylen. Dieses Geiniseli weist einen Destillations- bereieh von 315 bis 425" C und eine Viskosität von 0,8 Poise bei 25 C auf.
31onoisoainvlnaplitlialin mit einem @iede- bereieh von .:.,i80 bis 330 C, 1)iainylnaphthalin niit einem Siedebereich von 330 bis 365 C und einer Viskosität von 0,9 bei 25 C und I'olvaniylliaphthalin finit einem Siedebereich von 355 bis -L00 C und einer Viskosität von :>,:
5 bei 25" C können ebenfalls mit gutem Erfol- einzeln oder gemiselit als Weichinaeher verwendet werden. In der folgenden Tabelle sind die Viskositäten einer Anzahl für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeig neter Ilolvstyrol-M'eielin iacliergemisclie ange führt.
Die Abkürzung 31.-(_rew. bedeutet Mol ekulargewieht.
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<I>Tabelle:</I>
<tb> <I>Viskosität <SEP> einiger <SEP> plastifizierter <SEP> Polystyrole</I>
<tb> Gehalt <SEP> an <SEP> Viskosität <SEP> in <SEP> Poisen <SEP> bei <SEP> 25 <SEP> G
<tb> Weichmacher <SEP> Weichmacher <SEP> Polystyrol <SEP> Polystyrol <SEP> Polystyrol
<tb> Gew: <SEP> Proz. <SEP> M: <SEP> Gew <SEP> = <SEP> 65000 <SEP> M: <SEP> Gew. <SEP> =100000 <SEP> M:
<SEP> Gew. <SEP> = <SEP> 150000
<tb> 55 <SEP> %ig <SEP> hydriertes
<tb> Therphenyl <SEP> 75 <SEP> 5,200 <SEP> 9,500 <SEP> 19,000
<tb> 55 <SEP> %ig <SEP> hydriertes
<tb> Therphenyl <SEP> 83,3 <SEP> 520 <SEP> 850 <SEP> 2,750
<tb> Polyamylnaphthalin <SEP> 83,3 <SEP> - <SEP> 75 <SEP> Polyamylnaphthalin <SEP> 75 <SEP> - <SEP> 600 <SEP> Polyamylnaphthalin <SEP> 50 <SEP> - <SEP> 5,000 <SEP> - Auch die Gemische von hochmolekularem Polystyrol -und polycyclischen Kohlenwasser stoffen werden am besten in Form von dünn flüssigen Lösungen in flüchtigen Lösungs mitteln, beispielsweise in aromatischen Koh- lenwasserstoffen, wie Benzol,
Tolilol oder Xylol oder Gemischen derselben, verwendet, wobei die Lösungen zweckmässig 70 bis 90 % an Lösungsmittel enthalten. Die erhaltenen Lösungen können durch Auftropfen, Auf streichen oder sonstwie auf die Glimmerblätt- ehen und die blattförmige Unterlage auf gebracht werden, worauf das Lösungsmittel vertrieben wird.
Da derart plastifizierte Polystyrole äu sserst viskos und klebrig sind, kann man auf die in dieser Weise hergestellten Glimmer bänder, um sie aufrollen zu können, ein Blatt aus Gewebe, Papier oder regenerierter Cellulose aufbringen. Die Bänder können in jeder gewünschten Breite hergestellt werden. Das auf diese Weise hergestellte Glimmer isolierniaterial bleibt dauernd biegsam und unterliegt beim Lagern während beträchtlich langer Zeit keiner merklichen Alterung, Er härtung oder sonstigen Verschlechteningen.
Fig. 1 der Zeichnungen stellt eine Hoch spannungsspule dar, die mehrere Windungen eines Leiters 12 aufweist, der aus einem mit einer Isolierwicklung 14 versehenen Kupfer band besteht. Die Isolation 14 kann aus mit geeigneten Harzen imprägniertem Glasfaser- band oder Glimmerband bestehen. Es hat sich gezeigt, dass mit. Glasfaserband iunwickelte Kupferleiter sich für die Zwecke der vorlie genden Erfindung besonders gut eignen.
Die gewickelte Isolation ist gewöhnlich nicht sehr hohen Spannungen unterworfen. Die zwi schen den Windungen bestehende Spannung liegt gewöhnlich beträchtlich unter 50 Volt. Die vereinigten Windungen 12 werden mit einem Glimmerband 7.6 der oben beschriebe nen Art umwickelt, welches als Isolation gegen die Erde wirkt. Das Band weist eine blattförmige Unterlage 18 und mit einer Polystyrolmasse der oben angeführten Zu sammensetzung gebundene Glimmerflocken 20 auf.
Das Glimmerband wird so aufgewik- kelt, dass der Rand einer Windung an den Rand der vorangehenden Windung des Ban des anstösst. Das Band 16 kann jedoch auch so aufgebracht werden, dass sich die Windun gen zur Hälfte überlappen, oder in jeder andern gewünschten Weise aufgewickelt wer den. Bei Spulen für sehr hohe Spannungen können bis zu 16 Lagen des Bandes überein andergebracht werden. Da das Glimmerband 16 die Isolation des Leiters 12 gegen die Erde bildet, muss es hohen Spannungen widerstehen können.
Nach erfolgtem Aufwickeln des Glininier- bandes 16 wird die Hochspannungsspule der Trocknung unter Einwirkung von Wäriue und Vakuum unterworfen, um alle Feuchtig- keit und andere flüelitige Bestandteile aus der Spule zu vertreiben. Diese Behandlung kann in der in Fig. ? gezeigten V orriehtung vorgenommen werden,
welche eine geschlos sene Kammer '''3 mit einem vaktttundieliten 1)eekel 2-l, der dureli eine Leitung '26 mit einer #'aktitinipnnipe verbunden ist, aufweist. In der Kammer ?? sind lleizeleniente ?8 an geordnet.
Die Teniperatin' soll ini Innern der Väkuuinkaininer 22 nietet über 175 C stei gen. Besonders gute Resultate werden erzielt, wenn die Troeknung- hei Temperaturen von <B>100</B> bis 120" (" dureligefülirt wird.
Es kön nen aber nuelrinnerhalb 7_00 C' liegende Temperaturen angewendet. werden, wobei. jedoch Hoelivakuum und eine längere Be- liandlung erf'orderlieli sind, um !gute Resul tate zii erzielen. Das mittels der ,Leitung 26 in der Kammer 22 erzeugte Vakuum kann z. B. 0,1 bis 1.0 min 14g betragen.
Unter die sen Bedingungen werden in weniger als einer halben Stunde gute erzielt. Man kann aneh eine längere Behandlung, bei spielsweise eine solche von 2 bis 4 Stunden, durehfübren. Wälrrend des Troeknens ini. Vakuum entweichen in der Spule vorhandene Feuchtigkeit,
ini 1'olystyrolbindemittel in kleiner Menge vorhandenes Lösungsmittel und sein- niedermolekulare Fraktionen des Polystvrols.
Es liat sieh gezeigt, dass die Imprägnie rung von mit 111ininierband ninwiekelten ;pu len niit den üblichen Isolierfirnissen, die eine beträehtliehe Menge eines flüchtigen organi schen 'Lösungsmittels enthalten, keine befrie digenden Resultate zeitigt, da (las fliielitige Lösungsmittel vertrieben,
werden inuss und. diese Firnisse selbst bei Aufwendung gl'öl@tei' Sorgfalt und Wiederholung der Inriprägnie- rung die Zwischenräume der Spule von der äussern Sehiellt der I:rdisolatiori bis zu den innersten Windungen sieht. vollständig aus füllen. 1:
s bleiben beinahe immer Hohlräume bestellen. Man hat Asphaltprodukte mit ho hem Seliriielzpiiiikt verwendet. und dabei etwas bessere Resultate erzielt als finit den flüchtige Lösungsmittel enthaltenden Firnis sen.
Diese Produkte müssen jedoch, damit sie während des Betriebes der ,pulen nicht aus fliessen, derart. hohe Sellinelzpunlite besitzen, dass ihre Viskosität bei den in der Praxis zum Iniprägliieren von Spulen angewendeten Temperaturen so hoell ist, dass die Dureh- dringung der Isolation nur sehr langsam erfolgt und oft unvollständig ist.
Cberdies ist Asphalt durch einen scharfen Anstieg des Verlustfaktors bei steigenden Temperaturen #.:elienizeiehnet.
C m diesen Schwierigkeiten Rechnung zu tragen, werden die Spulen im Vakuum mit einer Esterlösung der bereits genannten Art. imprägniert.
Als die polyinerisierbare Gruppe ("H@-C < aufweisende, polynierisierbare, flüssige, monomere Verbindungen, welche als Lösungsmittel für die Bster dienen, werden zweekinässig- Vinvlarvlverbindungen der For mel
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verwendet, in welcher R1 Wasserstoff oder l ethyl und R., und R" Wasserstoff, Metlivl oder Halogen bedeuten.
Als Beispiel solcher Verbindungen seien Monostyrol, a-lletliyl.-stv- rol, o-, in- oder p-1-Iethy1-styrol, a-Methy 1-p- nietliyl-styrol, ?,4=Diinethyl-styi@ol, p-Chlor- styrol, p-Fliiol--st.vrol und '?,4-Dielilor-Stvl-ol genannt.
Für die Herstellung der ungesättigten Ester werden als ungesättigte saure Kompo nenten vorzugsweise ä@Ialeinsäui'e, llalein- säureanlivdrid, Funiarsäure, Citraconsäui@e, ("itraeonsäureanhvdrid bzw. ein (xeiniseh die ser Stoffe verwendet, und zwar in einer Menge von<B>10</B> bis 50 Molprozent, bezogen auf die sauren Komponenten.
(xeeignete gesättigte Diearbonsäuren sind Adipinsäure, Sebaein- säure, Azelainsäure, Suberinsäure, Bernstein- säure, Deeamethylendiearbonsäure, Diglvkol- säure. Man kann auch Gemische dieser Säuren vertuenden.
Sollen Produkte vergleiehbarer Härtegrade erhalten werden, so kann bei Ver- Wendung von gesättigten Dicarbonsäuren mit längerer Kette, wie z. B. Sebacinsäure, die Menge des Maleinsäureanhydrids grösser sein, als wenn z. B. Bernsteinsäure als gesättigte Säure verwendet wird.
Als Glykole, die sieh für die Umsetzung mit dem Gemisch von ge sättigten und ungesättigten Säuren eignen, sind Äthylenglykol, Propylenglykol, Diäthy- lenglykol, 1.,5-Pentandiol und Triäthylen- glykol zu nennen. Auch Gemische von Gly- kolen kommen in Betracht.
Die Reaktion zwischen den sauren Verbindungen und den Glykolen kann durch Erhitzen der Bestand teile in einem Reaktionsgefäss bei Tempera turen von 100 bis 250 C während 24 bis 2 Stunden, bis zur Erzielung einer unterhalb 60 liegenden Säurezahl durehgeführt werden.
Die ungesättigten Ester können z. B. wie folgt hergestellt werden: 1. Ein Gemisch von 40 Molprozent Adi- pinsäure und .10 Molprozent Maleinsäure- anhydrid wurde mit 50 Molprozent Propylen- glykol vermischt und in einem geschlossenen, mit C02 gespülten Reaktionsgefäss während etwa 4 Stunden bei l40 C umgesetzt, worauf man die Temperatur im Verlauf von 4 Stun den auf 220 C erhöhte und die Reaktion während 8 Stunden bei 220 C weitergehen liess. Es wurde ein sirupöses Harz erhalten.
Ein ähnliches Produkt wurde unter Ver wendung von 7 Molprozent Maleinsäureanhy- drid und 43 Molprozent Adipinsäure herge stellt.
Allgemein werden gute Resultate mit .5 bis 10 Molprozent Maleinsäureanhydrid, 45 bis 50 Molprozent Adipinsäure und 50 Mol- prozent Propylenglykol erzielt.
2. 30 Molprozent Sebacinsäure, 20 Mol- prozent Maleinsäureanhydrid und 50 Molpro- zent Diäthylenglykol wurden in gleicher Weise wie unter 1. miteinander umgesetzt, wobei ein sirupöses Harz von geringer Säure zahl erhalten wurde. Besonders gute Resul tate wurden erzielt mit.
Lösungen der unge sättigten Ester in Monostyrol mit einem Ge halt von 65 bis 85 Gewichtsprozent Monosty - rol. Diese Lösungen sind reaktionsfähige Pro dukte, die beim Erhitzen, insbesondere in Ge- genwart von Vinylpolymerisationskatalysato- ren, wie z. B. Benzoylperolyd, Asearidol oder ; tert. But.ylperbenzoat und ähnlichen Peroxyd katalysatoren, in einer Menge von. 0,1 bis 2 Gewichtsprozent, vollständig polymerisie ren.
Es können natürlich auch ausserhalb die ses Mengenbereiches liegende Mengen des Ka- talysators verwendet werden.
Nachdem man die mit Glimmerband um wickelten Spulen getrocknet. hat, werden sie mit der Esterlösung imprägniert. Die besten Resultate werden dann erzielt, wenn die Spu len im gleichen Behälter imprägniert werden, in welchem sie der Vakuumtrocknung unter worfen wurden. Die Spulen können jedoch auch in einem besonderen Behälter im prägniert werden. Die Spulen werden auf eine unterhalb 50 C liegende Temperatur ge kühlt, bevor sie imprägniert werden.
In Fig. 3 ist eine für die Imprägnierung geeignete Einriehtung dargestellt. Diese Ein richtung weist einen Behälter 30 und einen luftdicht verschliessbaren Deckel 32 auf, der mit einer Leitung 34 zum Absaugen der Luft oder zur Einführung von Gasen unter Druck versehen ist. Eine Leitung 36 für die Zu fuhr und das Ablassen des Firnisses ist an den Boden des Behälters 30 angeschlossen. Die aus der Kammer 22 kommende Spule 10 wird in den Behälter 30 eingebracht und der Wirkung eines mittels der Leitung 34 erzeug ten Vakuums unterworfen, um die Luft und andere Gase aus der Spule zu vertreiben.
Hierauf wird unter Aufrechterhaltung des Vakuums im Behälter Esterlösung durch die Leitung 36 eingeführt, wobei man die Spule 10 vollständig untertauchen lässt. Hierauf kann man durch die Leitung 34 unter Druck Luft oder ein anderes Gas einführen, um das Eindringen des flüssigen Materials 38 in die Ritzen der Spulen zu erleichtern und eine vollständige Ausfüllung dieser Ritzen zu ge währleisten. Diese Massnahme ist jedoch nicht unbedingt erforderlich, sofern die Esterlö- sung genügend geringe Viskosität besitzt. Die Imprägnierung beansprucht nicht viel Zeit.
Bei Druckanwendung genügen gewöhn lich 10 Minuten, um kleine Spulen. vollstän- dig zu imprägnieren und zu sättigen. Mit einer länger andauernden Imprägnierung erzielt man jedoch mit grösserer Sicherheit eine vollkommene Sättigung der Spulen. Die von der Spule nicht aufgenommene Ester lösung wird dann durch die Leitung 36 ab gelassen, worauf die Spule 10 aus dem Im prägnierbehälter entfernt werden kann.
Vor der Härtung wird der Spule die ge wünschte Foxen verliehen, wobei die verschie denen Schichten der Isolation gegeneinander gepresst und der Spule die gewünschten Aus masse gegeben werden, so dass die fertige Spule 10 z. B. genau in die Nute einer Ma schine hineinpasst. Zu diesem Zweck wird die Spule 10 sofort nach der Imprägnierung, wie in Fig. 4 gezeigt, mit einem verhältnis mässig undurchlässigen Band 42 umwickelt.
Besonders gute Resultate werden mit Bändern aus plastischen bzw. harzartigen Materialien, die durch die Imprägnierflüssig keit nicht angegriffen werden, erzielt. Man kann aus Celluloseacetat, Polyvinyliden- chlorid, Polytetrafluoräthylen, synthetischem Kautschuk, wie z. B. Chloroprenkautschuk, oder Polyäthylen hergestellte Bänder verwen den. Gute Resultate hat man mittels eines 0,125 mm dicken und etwa 25 mm breiten Bandes erzielt, wenn dieses miteinander zur Hälfte überlappenden Windungen aufge bracht wurde. Das aufgebrachte Band erfüllt verschiedene Zwecke.
Es verhindert das Ent weichen von Monostyrol während der nach folgenden Behandlung, ermöglicht die Befe stigung der Isolation, insbesondere an den Endwindungen, und erleichtert die Heuaus nahme der Spule aus der Pressform bei der nachfolgenden Behandlung.
Nachdem man die Spule mit dem Band 42 umwickelt hat, wird sie in eine erhitzte Form eingebracht, in welcher die Isolation und die Wicklung zusammengepresst werden und die Härtung vorgenommen wird. Man kann Formen verschiedener Typen verwen den. In Fig. 5 ist ein Querschnitt durch eine Seite der in einer Formpresse 50 angeord neten Spule 10 dargestellt. Die Presse 50 weist eine starre Basis 52 auf, die mit Öff- nungen 54 für Dampfheizelemente, elek trische Heizelemente oder dergleichen verse hen ist. Durch eine mit der Basis 52 zusam menarbeitende und durch eine Ramme 58 be tätigte Matrize 56 wird die Spule auf die ge wünschten Ausmasse zusammengepresst.
Wäh rend der Kompression wird die Spule 10 auf eine Temperatur erhitzt, die genügt, um die Härtung herbeizuführen. Als Härtungstem- peraturen eignen sich solche von 70 bis 150 C. Durch einstündige Behandlung bei 80 bis 100 C und anschliessende Behandlung bei einer Temperatur von l25 C während 1/z bis 5 Stunden wird in der Regel eine voll ständige Härtung erzielt.
Nach der Härtung kann man die Spule von der Matrize ablösen und auf eine Tem peratur abkühlen, bei welcher sie bequem gehandhabt werden kann. Das Band 42 wird hierauf von der Spule abgezogen. Die Spule ist dann für den Gebrauch in Hochspan nungsgeneratoren und ähnlichen elektrischen Einrichtungen bereit. Die Spule ist homogen, kompakt und verhältnismässig frei von Hohl räumen und Lufteinschlüssen. Sie weist kein überschüssiges Harz auf.
Um die günstigen Eigenschaften der erfindungsgemäss hergestellten Spulen zu de monstrieren, wurden zu Vergleichszwecken mehrere Spulen hergestellt, wobei die einen nach der vollkommensten Methode der bishe rigen Praxis unter Verwendung einer As phalt als Bindemittel enthaltenden Glimmer isolation, welche nach erfolgtem Aufwickeln mit Asphalt imprägniert wurde, und die an dern nach dem erfindungsgemässen Verfah ren hergestellt wurden.
Für die letzteren Spulen wurde eine Lösung von 15 Gewichts teilen des unter 1. beschriebenen Adipin- säure - Maleinsäureanhydrid - Propylenglykol- Reaktionsproduktes in 85 Gewichtsteilen Monostyrol unter Zugabe von 0,5 Gewichts prozent Benzoylperoxyd verwendet. Die mit dem als Bindemittel niedermolekulares Po lystyrol enthaltenden Glimmerband umwik- kelten Spulen wurden mit diesem Harz im prägniert und nach der oben beschriebenen Arbeitsweise der Härtung unterworfen.
Die Menge des Glimmers und der sonstigen Iso liermaterialien war für beide Arten voll Spil-' len praktisch identisch, ebenso die Dicke der Isolation.
Hierauf wurden die beiden Arten voll Spulen bei vel:sehiedenen Spannungen und weellselnden Temperaturen vergleichenden Prüfun -@en unterzogen, nin den Verlust faktor ¯zli bestimmen.
Die Verlustfaktor- Temperaturkurven, welche sieh hierbei erga ben, sind in Fig. 6 dargestellt; sie zeigen, class sowohl für eine Prüfspantlung voll '_' 1.:V (Kurve _l.) als aueli fair eine solche voll 16 kV (Kurve P) mit steigender Tempera tur bei den Asphalt als Bindemittel. enthalten den Spulen der Verlustfaktor scharf ansteigt.
Die erfindungsgemäss erzeugten Spulen hin gegen wiesen hei Prüfspannungen voll 3 kV (Kurve (\) und 1.6 kV (Kurve D) ini. glei ehen Teniperaturbereieh v erhiiltnismässig fli ehe Verlustfaktorkuiven auf.
t'berdies veriin- dert sieh der Verlustfaktor der erfindun-@-s- gemäss hergestellten Spulen nur wenig, wenn die Spannung von '? kV auf 1.6 kV erhöht wird, was auf einen hohen Konsolidierungs-. grad der Isolation sehliesseil lässt.
Durell- sehlagsfestigkeitsprüfungen, die all diesen Spulen durehgefülirt wurden, ergaben Werte von 11,8 kV pro ein für die Asphalt,
als Bindemittel enthaltenden Spulen und <B>193</B> kV pro em für die erfindungsgemäss leergestell ten Spulen. Diese Zahlen lassen die eindeu tige Cberlegenheit der erfindungsgenlälä erhaltenen Spulenisolation gegenüber lier- kömmliehen Spulenisolationeil erkennen.
Ein weiterer Vorteil der aus den Aster lösungen der genannten Art. gebildeten Harze bestellt darin, da.ss sie bei oberhalb 100 C lie genden Temperaturen elastisch bzw. kaut schukartig sind, d. 11., dass in ihnen eine Ge- genkraf, ausgelöst wird, welche das Bestre ben hat, die durch Wärmeausdehnung der Bestandteile der Spule verursachte Verschie bung der Isolation bezüglieb der Kupferleiter oder der Apparatur, in welchen die Spulen angeordnet sind, zu vermindern.
Asphaltpro dukte und ähnliche bisher verwendete thernio- plastisehe Isoliermaterialien besitzen diese Eigenschaft nicht. Ferner besteht bei diese lIarzen, im Gegensatz zu Asphaltprodukten, ;
niellt die Gefahr, dass sie unter den Betriebs bedingungen aus den Spulen ausschwitzen. Zur I)einonstrierung- dieser Tatsaelie wurden bei einem Prüfverstieli in einer Stahllaut alt geordnete Spulen a iweelislung-sweise auf Temperaturen von 150" (' erhitzt und dann auf 1..5 C abgekühlt,
wobei sieh jeder Zyklus über eine Zeit. voll <B>96</B> Minuten erstreckte uii < i dieser Weehsel. von. Erhitzen, und Abkühlen tausendmal dureligeführt wurde. Die mit _#s- phalt imprägnierten Spulen zeigten eine Ver schiebung der Isolation ini Zentrum der Nute voll etwa 13 mm,
während bei den erfindungs- gelnä.ss hergestellten Spulen keine messbare Verschiebung feststellbar war.
I:in -tveitei#ei:# Vorteil liesst darin, da[.,) eine einzige I1npriig"t1iel.,1111g #Yeilütgt, uni selbst die grössten gegen wärtig in der Industrie herge stellten Spulen vollständig zu imprägnieren.
Es ist- dies darauf zliriiekzitfülireil, dat> die Esterl.ösungen eine Viskositiit besitzen können, die nur einen. kleinen Brttehteil der Viskosi tät von Asphalten, selbst von auf etwa 1_75 C- erhitzten Asphalten,
und voll ä lin- liehen nach der bisherigen Praxis verwende ten Isoliermaterialien beträ=gt. Die Viskosität der I.sterlösung-, welche zur Verstellung der Probespulen, deren Prüfresultate in Fig. 6 aut,),ezeieliriet sind, verwendet wurde, betrag 0,
39 Poise bei ?.i (', während Asphalt bei dieser Temperatur eine derart hohe Viskosi- tät. besitzt, class sie praktisch nicht messbar ist.
Selbst bei 175 C erreicht die Viskosität voll _lspha.lt 50 oder mehr Poise, weis ein viel faches der Viskosität der erfindungsgemäss zu verwendenden Imprägnierlösungen. darstellt.
Das für das Glimnierband verwendete Polyst.y-rolbindemittel ist niit den Esterlösun- gen v erträglieh, löst. sieh in clen letzteren und setzt. dem Dureligang der 1@ösungen durch das Glinnnerband während der Imprägnierung keinen Widerstand eiit@,e#;en. Gewöhnliebe Glinlnlerbindemittel, wie z.
B. Seliellael. und der-leiehen, üben auf das Eindrin--en der Imprägniermaterialien eine verzögernde Wir kung aus, die in gewissen I'iillen derart Mark sein kann, dass das Imprägniermittel selbst. nach mehrstündiger Imprägnierung unter Druck nicht mehr als 4 oder 5 Lagen des Glimmerbandes durchdrungen hat.
Zahlreiche Versuche haben ergeben, dass bei den erfin dungsgemäss hergestellten Spulen eine voll ständige und gründliche Durchdringung durch die Esterlösung erfolgt ist, selbst wenn 8 oder mehr Lagen des mit den beschriebe nen Polystyrolbindemittel gebundenen Glim- merbandes vorhanden sind.
In der vorliegenden Beschreibung wurde insbesondere die Herstellung von Hoehspan- nungsspulen für Generatoren erläutert. Nach dem erfindungsgemässen Verfahren sind je doch auch Spulen für Motoren von Schienen fahrzeugen, Feldspulen, Magnetspulen und ähnliche Geräte herstellbar, wobei ebenfalls bessere Resultate erzielbar sind als bei den herkömmlichen Verfahren.
Process for the manufacture of an insulated coil and the coil obtained by this process. In the construction of electrical apparatus, in particular high-voltage generators and the like, difficulties arise in that at voltages above 1000 volts, a sharp increase in the dissipation factor occurs as the value of the applied voltage increases.
So shows. For example, a coil that has a loss factor of about 2 / o when tested with 2 kV at 25 C, and a loss factor of 12% with a test voltage of 16 kV. This sharp increase in the dissipation factor, which is undesirable in itself, shows that the insulation has deficiencies, e.g.
B. undoubtedly must have many air pockets and other ileal spaces. Liorona discharge and premature breakdown with the resulting failure of the insulation can therefore occur much sooner than if a fault-free insulation is present. above this, the loss factor usually increases very rapidly with increasing temperatures. Loss factor values of up to 25 oio at 125 C are not uncommon with certain isolations currently in use.
Some of the difficulties that have been encountered so far can be traced back to the insulating materials that have been used so far. It is common practice today in the electrical industry, so to speak, to use mica as an insulating material on high-voltage coils with asphalt of high melting point. Asphalt is satisfactory in use at low temperatures, but has the disadvantage that it is thermoplastic and therefore sweats or bleeds from the end turns of the coil when the conductors are subjected to temperatures slightly above 100 ° C.
Asphalt binders for mica also have the further disadvantage of inhibiting the polymerization of impregnating resins, so that some impregnating resins do not polymerize or do not harden properly. Asphalts also have high dielectric losses at high temperatures.
The present invention relates to. Now a process for the production of an insulated coil which has several conductor turns isolated from one another and an earth insulation applied over the united th turns, which is characterized in that (1) the united conductor windings are wound with a sheet-shaped insulation that consists of one - sheet-shaped base, mica leaves applied to it and a viscous binder that unites the mica flakes and the sheet-shaped base into a uniform structure with a viscosity of 75 to <B><U>5000</U> </B> Posse at 25 ' C consists, (2)
the wrapped coil is exposed to a temperature not exceeding 175 C and a vacuum to expel moisture and other volatile components, (3) the coil treated in a vacuum cools to a temperature below 50 C, (4) the coil impregnated in a vacuum with a liquid, fully curable solution, which is composed of 50 to 90 percent by weight of at least one polymerizable, liquid, monomeric compound which has the polymerizable group CH2 = CG,
lind to the remainder of an unsaturated ester, n, elcher by reaction (t) of a (-eirische, at least one the group
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containing, unsaturated dicarboxylic acid or the anhydride of such a dicarboxylic acid:
are and at least one saturated, straight-chain dicarboxylic acid whose ('arboxj-grtip- pen are attached to the ends of the straight chain and whose chain has 2 to 10 carbon atoms and otherwise no reactive substituents, the amount of the unsaturated acidic compound makes up between 10 and 50 14Iol percent of the acidic components, with b)
a molecular equivalent of an aliphatic saturated glycol which does not contain any other reactive groups than the hydroxyl groups., (5) the impregnated coil is wrapped with an impermeable sheet-like coating, are (6)
the covered coil is subjected to a deformation under the application of pressure and heat, in such a way that: the eater solution changes into the solid state through polymerization and the coil is given the desired shape.
Several embodiments of the invention are described below, in part with reference to the accompanying drawings. In these drawings, Fig. 1 is a perspective partial view of a part of the travel coil provided with a glining insulation, Fig.
vertical cross-section through a Troeknunigsofen for the umwick2ltc coil, Fig. 3 a vertical cross-section through an impregnation tank, Fig. 4 is a plan with a. a guard band nm:
viekelten coil, FIG. 6 a vertical cross-section through part of a compression molding press, and FIG. 6 a graphical representation in which the temperature dependency of the loss factor is shown for various fioch clamping coils.
The temperature in degrees is plotted on the abscissa and the loss factor in percent on the ordinate.
For the sheet provided with mica nian z. B. use a carrier made of fiber material or resinous material. As a binder, for.
B. low molecular weight polystyrene, which has an average molecular weight of -100 to '' 0011, or anA with a liquid polycyclic column water: substance plasticized ionic molecular 1'ol;
, rst-ciol ver * used -erden. Such a material has the adhesive properties which are necessary to hold the line-lines on the base.
Polystyrene with an average molecular weight of 3000 is quite hard and inflexible, so that a tape made from such a polystyrene without the addition of a cattle cutter cannot be wound on spools in a satisfactory manner.
In addition, a high molecular weight polystyrene delays the penetration of subsequently applied impregnation layers. Polyst; crol with a 1-molecular-weight lower than 400, i-iclit is insufficiently viscous and ILlebral and easily withdraws from your binding.
For the application of low-density polystyrene, it was useful to have a solution in one. flee.
organic solvent, for example in benzene or cineni of its 1-Loiriologen, such as xylene, toluene, or in (teinischen the same ben, containing 5 to 5 (-ewiclitsprozent i'olystyi # ol-, to use. In a similar way can also other solvents known as solvents for polystyrene can be used.
Use a solution consisting of 15 percent by weight of polystyrene with an average molecular weight of 500 and 85 percent by weight of toluene.
A useful method for I1ei: st.e1- ment of the tape is to use a sheet of fiber material, such as.
B. paper. To pass cotton cloth, fiberglass or asbestos fabric under a glining turni, from which a layer (_Tlinimerblättcheii in a thickness of 0.12 to 0.25 111111. 'Is spread on the sheet,
and then the polystyrene solution on the. ' To allow the leaf to be covered by a wide layer of gliding leaves.
The sheet obtained in this way is passed linearly through an oven, in which the oil evaporates, a dtti'cli viscous volvstvrolliai-ztisainmenhalted flexible glinimerbaid arises.
If desired, a thin sheet of paper, paper or regenerated cellulose can be applied to the mica face,
uni enable the winding of the sheet-shaped material into rolls. The sheet-like material can be cut into ribbons of any desired width before your - \ ttfrolleii.
The glininer insulating material produced in this way remains permanently flexible and is subject to aging, hardening or other faults during storage for a long time.
I11 in an analogous way, you can use a binding agent which zii 1.7)
up to 75% by weight of polystyrene with a] lolecular weight of <B> 30000 </B> to <B> 250000 </B> plus a remainder of a liquid polycyclic hydrocarbon which is above 270 " boils;
and has a viscosity of 0.5 to 5 poise at 5 ° C, as a plasticizer. As fVeichinachei- are z. B. terplienyls, which are hydrogenated to at least 40 loo, Lind mono-, di- and polyainylnaphtlialins are suitable.
These Polcstvrol-Weielnnachei-g @ eniische form viscous liquids with a viscosity of 25 ("between 75 and 25,000 poise.
Hydrogenated terphenyls suitable as soft inaccuracies can be divided into various. Prepare methods, for example by pyrolytic decomposition of benzene or by decomposition of benzene with cyclohexyl bromide in the presence of aluminum bromide, with isomeric dicyclohexylbenzenes.
One of these products, which has proven to be particularly suitable for the present purpose, is. an ison energy of about 5: i 11! 9iliy> third o-, in- and p-terphenylene. This Geiniseli has a distillation range of 315 to 425 "C and a viscosity of 0.8 poise at 25 C.
31onoisoainvlnaplitlialin with a boiling range of.:., I80 to 330 ° C, 1) iainylnaphthalene with a boiling range of 330 to 365 ° C and a viscosity of 0.9 at 25 ° C and olvaniylliaphthalene finite boiling range from 355 to -L00 C and a viscosity of:> ,:
5 at 25 ° C. can also be used with good success individually or mixed as soft ingredients. The following table lists the viscosities of a number of solvent-styrene compound mixtures suitable for the purposes of the present invention.
The abbreviation 31 .- (_ rew. Means molecular weight.
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<I> Table: </I>
<tb> <I> Viscosity <SEP> of some <SEP> plasticized <SEP> polystyrenes </I>
<tb> content <SEP> of <SEP> viscosity <SEP> in <SEP> Poisen <SEP> at <SEP> 25 <SEP> G
<tb> plasticizer <SEP> plasticizer <SEP> polystyrene <SEP> polystyrene <SEP> polystyrene
<tb> Weight: <SEP> Proc. <SEP> M: <SEP> Weight <SEP> = <SEP> 65000 <SEP> M: <SEP> Weight <SEP> = 100000 <SEP> M:
<SEP> weight <SEP> = <SEP> 150000
<tb> 55 <SEP>% ig <SEP> hydrogenated
<tb> Therphenyl <SEP> 75 <SEP> 5,200 <SEP> 9,500 <SEP> 19,000
<tb> 55 <SEP>% ig <SEP> hydrogenated
<tb> Therphenyl <SEP> 83.3 <SEP> 520 <SEP> 850 <SEP> 2.750
<tb> Polyamylnaphthalene <SEP> 83.3 <SEP> - <SEP> 75 <SEP> Polyamylnaphthalene <SEP> 75 <SEP> - <SEP> 600 <SEP> Polyamylnaphthalene <SEP> 50 <SEP> - <SEP> 5,000 <SEP> - The mixtures of high molecular weight polystyrene and polycyclic hydrocarbons are best used in the form of thin liquid solutions in volatile solvents, for example in aromatic hydrocarbons such as benzene,
Tolilol or xylene or mixtures thereof are used, the solutions advantageously containing 70 to 90% of solvent. The solutions obtained can be applied to the mica sheets and the sheet-like base by dripping, painting on or in some other way, whereupon the solvent is driven off.
Since such plasticized polystyrenes are extremely viscous and sticky, a sheet of fabric, paper or regenerated cellulose can be applied to the mica tapes produced in this way in order to be able to roll them up. The ribbons can be made in any desired width. The mica insulating material produced in this way remains permanently flexible and is not subject to any noticeable aging, hardening or other deterioration during storage for a considerably long time.
Fig. 1 of the drawings shows a high voltage coil which has several turns of a conductor 12, which consists of a tape provided with an insulating coil 14 copper. The insulation 14 can consist of glass fiber tape or mica tape impregnated with suitable resins. It has been shown that with. Glass fiber tape unwound copper conductors are particularly well suited for the purposes of the present invention.
The wound insulation is usually not subjected to very high voltages. The voltage between the turns is usually well below 50 volts. The combined turns 12 are wrapped with a mica tape 7.6 of the type described above, which acts as insulation against the earth. The tape has a sheet-like base 18 and mica flakes 20 bound with a polystyrene mass of the above-mentioned composition.
The mica tape is wound up in such a way that the edge of one turn abuts the edge of the preceding turn of the tape. The tape 16 can, however, also be applied in such a way that the windings overlap in half, or wound up in any other desired manner. With coils for very high voltages, up to 16 layers of the tape can be placed on top of each other. Since the mica tape 16 forms the insulation of the conductor 12 from earth, it must be able to withstand high voltages.
After the glining tape 16 has been wound up, the high-voltage coil is subjected to drying under the action of heat and vacuum in order to expel all moisture and other liquid components from the coil. This treatment can be carried out in the in Fig. the device shown,
which has a closed chamber '' '3 with a vaktttundieliten 1) eekel 2-l, which is connected by a line '26 with a #' aktitinipnnipe. In the chamber? are lleizeleniente? 8 arranged at.
The teniperatin 'in the inside of the Väkuuinkaininer 22 rivets should rise above 175 C. Particularly good results are achieved when the drying temperature of <B> 100 </B> to 120 "(" is dehydrated.
Temperatures within 7_00 C 'can, however, be used. be, where. however, a vacuum and a longer treatment are required in order to achieve good results. The vacuum generated by the line 26 in the chamber 22 can, for. B. 0.1 to 1.0 min 14g.
Under these conditions, good results are achieved in less than half an hour. You can also have a longer treatment, for example one lasting 2 to 4 hours. Because of the dryness ini. Vacuum moisture in the coil escapes,
Solvent and its low molecular weight fractions of polystyrene are present in small quantities in the olystyrene binder.
It has been shown that the impregnation of impregnation with emulsion tape; peeling with the usual insulating varnishes, which contain a considerable amount of a volatile organic solvent, does not produce satisfactory results, since (liquid solvents were sold,
are inuss and. this varnish, even with the application of good care and repetition of the impregnation, sees the interstices of the coil from the outer layer of the isolator to the innermost turns. fill out completely. 1:
s almost always remain to order cavities. Asphalt products have been used with a high level of selective focus. and achieved somewhat better results than finite varnishes containing volatile solvents.
These products must, however, so that they do not flow out during the operation of the pulen. high Sellinelzpunlite have that their viscosity is so high at the temperatures used in practice to inipregulate coils that the penetration of the insulation occurs only very slowly and is often incomplete.
Cberdies is asphalt due to a sharp increase in the loss factor with rising temperatures # .: elienizeiehnet.
To take account of these difficulties, the coils are impregnated in a vacuum with an ester solution of the type already mentioned.
As the polymerizable group ("H @ -C <, polymerizable, liquid, monomeric compounds, which serve as solvents for the Bster, are two-kinetic vinyl compounds of the formula
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is used, in which R1 is hydrogen or 1 is ethyl and R., and R "is hydrogen, metal or halogen.
Examples of such compounds are monostyrene, a-lletliyl.-styrene, o-, in- or p-1-ethy1-styrene, a-methyl 1-p-nietliyl-styrene,?, 4 = diinethylstyi @ ol , p-chlorostyrene, p-Fliiol - st.vrol and '?, 4-Dielilor-Stvl-ol.
For the production of the unsaturated esters, the unsaturated acidic components used are preferably Ä @ Ialeinsäui'e, llalein- säureanlivdrid, funiaric acid, citraconic acid, ("itraeonsäureanhvdrrid or a (xeiniseh these substances), namely in an amount of <B. > 10 </B> to 50 mol percent, based on the acidic components.
(Suitable saturated diacid acids are adipic acid, sebaic acid, azelaic acid, suberic acid, succinic acid, deeamethylenediearboxylic acid, diglvcolic acid. Mixtures of these acids can also be used.
If products with comparable degrees of hardness are to be obtained, then, when using saturated dicarboxylic acids with a longer chain, such as e.g. B. sebacic acid, the amount of maleic anhydride can be greater than when z. B. succinic acid is used as the saturated acid.
As glycols that are suitable for reaction with the mixture of saturated and unsaturated acids, ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, 1., 5-pentanediol and triethylene glycol are to be mentioned. Mixtures of glycols can also be used.
The reaction between the acidic compounds and the glycols can be carried out by heating the constituent parts in a reaction vessel at temperatures of 100 to 250 C for 24 to 2 hours until an acid number below 60 is achieved.
The unsaturated esters can e.g. B. be prepared as follows: 1. A mixture of 40 mol percent adipic acid and .10 mol percent maleic anhydride was mixed with 50 mol percent propylene glycol and reacted in a closed reaction vessel flushed with CO 2 for about 4 hours at 140 C, whereupon the temperature was increased to 220 ° C. in the course of 4 hours and the reaction was allowed to continue at 220 ° C. for 8 hours. A syrupy resin was obtained.
A similar product was made using 7 mole percent maleic anhydride and 43 mole percent adipic acid.
In general, good results are achieved with .5 to 10 mole percent maleic anhydride, 45 to 50 mole percent adipic acid and 50 mole percent propylene glycol.
2. 30 mol percent sebacic acid, 20 mol percent maleic anhydride and 50 mol percent diethylene glycol were reacted with one another in the same way as in 1., a syrupy resin having a low acid number was obtained. Particularly good results have been achieved with.
Solutions of the unsaturated esters in monostyrene with a content of 65 to 85 percent by weight monostyrene. These solutions are reactive products which, when heated, especially in the presence of vinyl polymerization catalysts, such as. B. Benzoylperolyd, Asearidol or; tert. Butyl perbenzoate and similar peroxide catalysts, in an amount of. 0.1 to 2 percent by weight, polymerize completely.
It is of course also possible to use amounts of the catalyst which lie outside this amount range.
After drying the coils wrapped with mica tape. they are impregnated with the ester solution. The best results are achieved when the coils are impregnated in the same container in which they were subjected to vacuum drying. However, the coils can also be impregnated in a special container. The coils are cooled to a temperature below 50 C before they are impregnated.
In Fig. 3 a device suitable for the impregnation is shown. This one direction has a container 30 and an airtight sealable lid 32 which is provided with a line 34 for sucking off the air or for introducing gases under pressure. A line 36 for supplying and draining the varnish is connected to the bottom of the container 30. The coil 10 coming from the chamber 22 is introduced into the container 30 and subjected to the action of a vacuum generated by means of the line 34 in order to expel the air and other gases from the coil.
Ester solution is then introduced through line 36 while maintaining the vacuum in the container, the coil 10 being allowed to be completely submerged. Then air or another gas can be introduced through line 34 under pressure to facilitate the penetration of the liquid material 38 into the cracks of the coils and to ensure that these cracks are completely filled. However, this measure is not absolutely necessary if the ester solution has a sufficiently low viscosity. Impregnation does not take much time.
When applying pressure, 10 minutes is usually sufficient to make small coils. to be completely impregnated and saturated. With a longer lasting impregnation, however, a complete saturation of the coils is achieved with greater certainty. The ester solution not absorbed by the coil is then drained through line 36, whereupon the coil 10 can be removed from the impregnation container.
Before curing, the coil is given the ge desired Foxen, the various layers of insulation pressed against each other and the coil are given the desired off mass, so that the finished coil 10 z. B. fits exactly into the groove of a machine. For this purpose, the coil 10 is wrapped with a relatively moderately impermeable tape 42 immediately after the impregnation, as shown in FIG.
Particularly good results are achieved with tapes made of plastic or resin-like materials that are not attacked by the impregnation fluid. You can choose from cellulose acetate, polyvinylidene chloride, polytetrafluoroethylene, synthetic rubber, such as. B. chloroprene rubber, or polyethylene-made tapes use the. Good results have been achieved by means of a 0.125 mm thick and about 25 mm wide tape when this has been applied with turns half-overlapping with one another. The applied tape serves various purposes.
It prevents the escape of monostyrene during the subsequent treatment, enables the insulation to be fastened, especially at the end turns, and makes it easier to remove the coil from the mold during the subsequent treatment.
After the coil has been wrapped with the tape 42, it is placed in a heated mold in which the insulation and the winding are pressed together and the hardening is carried out. One can use forms of different types. In Fig. 5 a cross section through one side of the coil 10 angeord designated in a compression molding press 50 is shown. The press 50 has a rigid base 52 which is provided with openings 54 for steam heating elements, electrical heating elements or the like. By a menarbeitende with the base 52 and operated by a ram 58 be die 56, the coil is pressed together to the ge desired dimensions.
During compression, the coil 10 is heated to a temperature sufficient to bring about hardening. Suitable curing temperatures are those of 70 to 150 C. Treatment for one hour at 80 to 100 C and subsequent treatment at a temperature of 125 C for 1/2 to 5 hours generally results in complete curing.
After hardening, the coil can be detached from the die and cooled to a temperature at which it can be conveniently handled. The tape 42 is then withdrawn from the spool. The coil is then ready for use in high voltage generators and similar electrical equipment. The coil is homogeneous, compact and relatively free of cavities and air pockets. It has no excess resin.
In order to demonstrate the favorable properties of the coils produced according to the invention, several coils were produced for comparison purposes, one of them according to the most perfect method of the previous practice using a mica insulation containing asphalt as a binder, which was impregnated with asphalt after winding, and which were produced by the method according to the invention.
For the latter bobbins, a solution of 15 parts by weight of the adipic acid - maleic anhydride - propylene glycol reaction product described under 1. in 85 parts by weight of monostyrene with the addition of 0.5 percent by weight of benzoyl peroxide was used. The coils wrapped with the mica tape containing low molecular weight polystyrene as a binder were impregnated with this resin and subjected to curing according to the procedure described above.
The amount of mica and other insulation materials was practically identical for both types of full game, as was the thickness of the insulation.
The two types of full coils were then subjected to comparative tests at different voltages and fluctuating temperatures, in order to determine the loss factor ¯zli.
The dissipation factor temperature curves which are shown here are shown in FIG. 6; they show that class for a test bulkhead full '_' 1.:V (curve _l.) as well as such a full 16 kV (curve P) with increasing temperature for the asphalt as a binder. contain the coils the loss factor increases sharply.
The coils produced according to the invention, on the other hand, had test voltages of fully 3 kV (curve (\) and 1.6 kV (curve D) in the same ten-temperature range in proportion to the same degree of dissipation factor.
In addition, the loss factor of the coils manufactured according to the invention changes only slightly when the voltage of '? kV is increased to 1.6 kV, indicating a high level of consolidation. degree of isolation allows the closing rope.
Durell failure tests carried out on all of these coils showed values of 11.8 kV per one for the asphalt,
coils containing binding agent and <B> 193 </B> kV per em for the empty coils according to the invention. These figures show the clear superiority of the coil insulation obtained according to the invention over conventional coil insulation parts.
Another advantage of the resins formed from the Aster solutions of the type mentioned is that they are elastic or rubber-like at temperatures above 100 C. 11. That a counter force is triggered in them, which has the endeavor to reduce the displacement of the insulation caused by thermal expansion of the components of the coil with respect to the copper conductor or the apparatus in which the coils are arranged.
Asphalt products and similar previously used thermoplastic insulating materials do not have this property. Furthermore, in contrast to asphalt products, these resins have;
There is no risk of them sweating out of the coils under the operating conditions. To demonstrate this fact, old-fashioned coils were heated to 150 "('and then cooled to 1..5 C
being able to see each cycle over time. This Weehsel lasted a full <B> 96 </B> minutes. from. Heating and cooling was carried out a thousand times. The coils impregnated with phalt showed a displacement of the insulation in the center of the slot by about 13 mm,
while with the coils produced according to the invention, no measurable displacement could be determined.
I: in -tveitei # ei: # The advantage is that [.,) A single original "t1iel., 1111g # Yeilütgt, uni to completely impregnate even the largest coils currently produced in industry.
It is important to ensure that the ester solutions can have a viscosity which is only one. small part of the viscosity of asphalts, even of asphalts heated to around 1_75 C-
and fully lent insulation materials used in accordance with previous practice. The viscosity of the initial solution, which was used to adjust the sample coils, the test results of which are shown in Fig. 6, is 0,
39 poise at? .I (', while at this temperature asphalt has such a high viscosity that it is practically not measurable.
Even at 175 ° C., the viscosity fully reaches 50 or more poises, which is many times the viscosity of the impregnating solutions to be used according to the invention. represents.
The polystyrene binder used for the Glimnierband is compatible with the ester solutions and dissolves. look in the latter and place. There is no resistance to the passage of the solutions through the Glinner tape during the impregnation. Gewöhnliebe Glinlnlerbindmittel such.
B. Seliellael. The impregnation material has a retarding effect on the penetration of the impregnating materials, which in certain cases can be such that the impregnating agent itself does not contain more than 4 or 5 layers of mica tape after several hours of impregnation under pressure has penetrated.
Numerous experiments have shown that the reels produced according to the invention have been completely and thoroughly penetrated by the ester solution, even if 8 or more layers of the mica tape bound with the polystyrene binder described are present.
In the present description, the manufacture of high voltage coils for generators was explained in particular. According to the method according to the invention, however, coils for motors of rail vehicles, field coils, magnetic coils and similar devices can also be produced, and better results can also be achieved than with conventional methods.