Verwendung wässriger Dispersionen zur Bildung elektrisch trennender Überzüge auf Elektroblechen Bei Bildung elektrisch trennender Überzüge auf Elektroblechen kommt es im allgemeinen auf einen Schichtwiderstand dünnster Schichten (ca. 2 bis 50,um) an, der in der Grössenordnung von 2 bis 1000 Ohm je cm' Fläche bei Durchschlagsspannungen von ca. 0,1 bis 50V liegen soll.
Diese Überzüge können hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften nicht ver glichen werden mit denen üblicher Isolationsmittel, wie etwa mit Drahtlacken, denn es werden für Drahtisola- tionszwecke im allgemeinen Prüfspannungen von 750 bis 1500V verwendet und wesentlich höhere Wider standswerte gefordert, die sich aber auf andere Prüfbe dingungen beziehen.
Wenn auch im allgemeinen Sprachgebrauch häu fig von Isolationsschichten auf Elektroblechen die Rede ist, so wird doch im folgenden der Ausdruck elektrisch trennender Überzug bevorzugt, um den Unterschied gegenüber Schichten hervorzuheben, die tatsächliche Isolationsaufgaben erfüllen sollen, nämlich die hohe Widerstände aufweisen und hohe Durch schlagsspannungen aushalten.
Zur Bildung elektrisch trennender Überzüge auf Elektroblechen, die im allgemeinen zur Herstellung von elektrischen Maschinen und Apparaten, wie Moto ren und Transformatoren, verwendet werden, hat man sich bisher mehrerer Verfahren bedient. So ist es be kannt, die Bleche an der Oberfläche während oder nach der Herstellung zu oxydieren bzw. den Walzzunder auf den Blechen zu belassen, so dass keinerlei zusätzliche Trennmittel aufgebracht werden müssen.
Diese Trenn schichten genügen aber nur, solange die hierbei auftre tenden niedrigen Schichtwiderstände und Durch schlagsspannungen zur Begrenzung des Zusatzverlustes durch Wirbelstrombildung für den bestimmten Anwen dungsfall ausreichen. Eine weitere bekannte Mass- nahme, insbesondere wenn in einem grösseren Blech stapel die einzelnen Bleche gegeneinander getrennt werden sollen, besteht darin, dass man auf das Blech Papier klebt.
Durch die Dicke des Papiers und die Schichtdicke des Klebemittels wird also eine Füllfak- toränderung hervorgerufen. Erfahrungsgemäss liegt die niedrigste, praktisch erreichbare Gesamtschichtdicke dieser Trennschicht bei etwa 20 ,pm. Schliesslich wur den auch schon auf der Oberfläche der Metalle organi sche Lacke, Phosphatschichten oder Wasserglas aufge bracht. Letztere zeigen Hygroskopizität und im Falle des Wasserglases darüberhinaus noch ungünstige Stanzeigenschaften durch hohen Verschleiss der Stanz werkzeuge.
Es ist weiterhin bekannt, die elektrisch trennenden Überzüge auf magnetischen Werkstoffen, wie Elektro blechen, farbig herzustellen. Sofern als Trennschichten Seidenpapier verwendet wurde, das mit Wasserglas oder Leimen auf die Elektrobleche geklebt wurde, hat man verschiedenfarbiges Seidenpapier verwendet. Die ses hatte jedoch, wie bereits ausgeführt, den Nachteil, dass mit Seidenpapier und dem Klebemittel eine Min destschichtdicke nicht unterschritten werden konnte und somit der Füllfaktor und damit die hiervon abhän gigen elektrischen Eigenschaften ungünstig beeinflusst wurden. Eine andere Möglichkeit bestand darin, dass man der Isolationsmasse auf Basis von Wasserglas und gegebenenfalls anderen Zusätzen Eisenoxyd oder Chromoxyd beimischte. Man erhielt auf diese Weise rote oder grüne Farbtöne.
Derartig gefärbte Isolations schichten hatten jedoch den Nachteil, dass infolge des Metalloxydgehaltes die elektrisch-magnetischen Eigen schaften der Bleche beeinflusst wurden und die Her stellungskosten des Trennmaterials zu hoch waren.
Ausser den bisher erwähnten elektrischen Eigen schaften und der Dicke der Trennschicht muss beson ders auf die Wirtschaftlichkeit der Herstellung solcher Trennschichten hingewiesen werden. Diese Kosten set zen sich aus den Materialkosten einerseits und den Aufbringungskosten andererseits zusammen. Es sei am Rande dazu vermerkt, dass es für den Anwendungsfall darauf ankommt, mit Mindestkosten auszukommen.
Die verschiedenartigen Anforderungen an eine elektrisch trennende Schicht konnten aber durch diese bekannten Verfahren im allgemeinen nur unvollständig oder zumindest nur teilweise erfüllt werden. Neben den kostenmässigen Einflussgrössen sind die wichtigsten Eigenschaften, die man heute in der Technik von elek trisch trennenden Schichten verlangt, folgende:
Eine Durchschlagfestigkeit von ca. 50 V, ein hoher Schichtwiderstand, der möglichst grösser sein soll als 20 Ohm, < cm2/10kp/m2. Die Schicht soll möglichst dünn sein, insbesondere dünner als ca. 20 ,Äm, ferner soll sie mechanisch und chemisch, insbesondere gegen Öl, stabil sein; eine gute Deformationsfestigkeit, Stanz- barkeit, Wärmebeständigkeit und eine geringe Hygro- skopizität aufweisen.
Es hat sich nun gezeigt, dass diese genannten For derungen in hervorragendem Masse erfüllt werden können, wenn man zur Bildung elektrisch trennender Schichten wässrige Dispersionen, enthaltend thermo plastische Kunststoffe oder thernFioplastische polymere Naturprcdukte, vorzugsweise Polyvinylester, Polyvinyl- äther,
Polyvinylchlorid und deren Copolymeren und eine geringe Menge von 1 bis 5 Gew.-% einer Phos- phorsäure oder einen sauren Phosphates, gegebenen falls in polymerer Form, verwendet. Hierbei soll das Dispersum möglichst fein dispers oder sogar kolloidal sein.
Wegen der Verwendung von Wasser als Disper- sionsmedium lässt sich die Erfindung in besonders wirtschaftlicher Weise durchführen und hat gegenüber bekannten Verfahren den Vorteil, dass kostspielige, gegebenenfalls brennbare, explosionsfähige oder ge- sundheitssehädliche organische Lösungsmittel vermie den werden.
Wegen der Anwesenheit der Phosphorsäure bzw. ihrer sauren Salze oder Polymeren wird die Korro sionsgefahr zwischen dem Auftragen und Trocknen der elektrisch trennenden Schicht verhindert. Gleichzeitig wird durch diesen Zusatz eine besonders gute Haftfe stigkeit des Überzuges auf der Blechoberfläche er reicht. Es ist anzunehmen, dass hierfür ein ähnlicher Mechanismus verantwortlich ist, wie er für die Dünn- schichtphosphatierung vermutet wird. Entgegen der bisherigen Auffassung über die Stabilität von Kunst stoffdispersionen, wird durch Zugabe des Säureanteils ein Material erzeugt, das nicht frühzeitig koaguliert, sondern eine gute Stabilität und damit Lagerfähigkeit bis zur Verarbeitung aufweist.
Bei der Herstellung von Trennschichten auf Elek troblechen. die wie oben erwähnt, gewöhnlich als Iso lierschichten bezeichnet werden, kommt es im wesentli chen darauf an, Schichten dünnster Abmessungen her zustellen mit einem erhöhten elektrischen Schichtwi derstand und einer gewissen Spannungsfestigkeit. Im allgemeinen lassen sich die wässrigen Dispersionen von Kunststoffen oder von kunststoffähnlichen Naturpro dukten in Schichtstärken bis herab zu etwa 3 ,um auf bringen.
Für die elektrisch trennenden Schichten auf warmgewalzten Elektroblechen haben sich Schichtstär ken von 7 bis 20 ccm, vorzugsweise von ca. 12 ,ccm, je nach Oberflächenrauhigkeit als besonders zweckmässig erwiesen. Die zulässige Teilchengrösse der in der Dispersion vorliegenden festen Substanzen richtet sich natürlich nach der gewünschten Schichtstärke und liegt gewöhnlich in der Grössenordnung von 1,um bis 20 /im, vorzugsweise von<I>5</I> ,ccm bis 10 ,um.
Der elektrisch trennende Überzug lässt sich ferner dadurch abwandeln, dass die genannten Dispersionen zusätzlich elektrisch schlecht leitende Füllkörper in Form von anorganischen Substanzen, wie Talkum, Glimmer, Siliciumdioxyd, Aluminiumoxyd und/oder Magnesiumoxyd, mit einer Korngrösse von 1je.m bis 20,um, vorzugsweise 5,um bis 10 ,um, oder organi sche, nicht thermoplastische Substanzen, wie Cellulose, vorzugsweise mit einer Teilchengrösse von ca. 5,um bis 20 ,ccm, enthalten.
Für eine Schichtstärke von 10 ,u.m bei einem gegebenen Blechmaterial bestimmter Oberflächeneigenschaften verwendet man z. B. eine Kunststoff-Füllstoff-Gesamtkonzentration von 22 % (Verhältnis 111:1), für 12 ,um etwa von 27 0/0 (Ver hältnis 11:16). Diese Angaben gelten, wenn man glei che Volumina für gleiche Oberflächen verwendet.
Grössere Volumina mit geringerem Feststoffgehalt hin terlassen nach dem Verdunsten des Wassers natürlich einen gleich dicken Film, wie entsprechend geringere Volumina mit grösseren Feststoffgehalten. Kunststoff dispersionen sind im allgemeinen nur mit einem Fest stoffgehalt von weniger als ca. 50 11,10 technisch zu handhaben. Bei diesen oberen Konzentrationen liegen sie im allgemeinen bereits in Form steifer Pasten vor.
Es ist von Vorteil, wenn die wässrigen Kunststoff dispersionen zusätzlich einen wasserlöslichen Farbstoff und/oder ein organisches Farbpigment enthalten. Die Menge des Farbstoffes bzw. des Pigmentes beträgt zweckmässigerweise 0,03 bis 0,1, vorzugsweise 0,05 bis 0,07 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Dispersion. Die Menge richtet sich je nach der ge wünschten Farbtönung und Durchfärbung der elek trisch trennenden Schichten.
Die Teilchengrösse liegt zweckmässig innerhalb des Bereiches von 0,01,um bis <I>5</I> ,ccm, vorzugsweise von 0,2 ,tim bis 2 ,ccin. Sie soll im allgemeinen nicht grösser sein als die der übrigen dispergierten Teilchen.
Beispiele für wasserlösliche Farben sind: Methylen- blau, Neufuchsin, Safranin, basisch Grün, basisch Gelb, Astrarot.
Beispiele für organische Pigmente sind die verlack- ten Monoazo- oder Diazofarbstoffe, wie der Perma nentfarbstoffe, also Permanent-Gelb, -Rot, -Violett sowie die Phthalocyanine.
Mit Hilfe des Farbstoffzusatzes ist es in sehr einfa cher und kostensparender Weise möglich, unterschied liche Elektroblechqualitäten bzw. Elektrobleche unter schiedlicher Stärke zu kennzeichnen, da die Walzble che aus der Fertigung laufend mit der Dispersion be sprüht werden können und der Übergang von einer gefärbten Dispersion zu Dispersionen einer anderen Farbe in kürzester Zeit bewerkstelligt werden kann.
Ein besonders wichtiger Vorteil der erfindungsge- mäss zu verwendenden Dispersionen besteht darin, dass sie nach dem Aufbringen gut haften und keinerlei Sprödigkeit zeigen. Damit ist eine gute Verformungsbe- ständigkeit und besonders gute Stanzbarkeit gewährlei stet, auf die für die Lebensdauer der Stanzwerkzeuge grösster Wert gelegt wird.
Die Trennschicht ist thermoplastisch, wodurch bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck ein begrenz tes Fliessen des Mittels zu einer besseren Verteilung stattfindet. Zugleich tritt bei der erhöhten Temperatur eine Klebfähigkeit auf, die abhängig ist von der Anwe senheit von Füllstoffen oder Fremdstoffen. Dies hat zur Folge, dass bei der Verarbeitung von Elektroble chen, beispielsweise zu Transformatoren, ein wesentli cher Teil der Transformatorengeräusche, soweit sie durch nicht fest eingespannte Einzelbleche verursacht werden, verhindert wird, wenn die Ersterwärmung ohne Öl vorgenommen wird.
Die Zusammensetzung der Dispersion lässt sich in den angegebenen Grenzen ändern. Bei diesen Vari ationsmöglichkeiten geht man zweckmässig von der Annahme aus, dass der organische Anteil gegebenen falls in Kombination mit den Füllmitteln für den auf tretenden Schichtwiderstand verantwortlich ist, wäh rend die sauren Zusätze, wie die Phosphorsäure, Poly phosphorsäure, die sauren Phosphate oder Polyphos phate, im wesentlichen den Korrosionsschutz überneh men und zur guten Haftung an der Metalloberfläche beitragen.
Die erfindungsgemäss zu verwendenden Dispersio nen lassen sich auf die Metalloberfläche durch Auf spritzen, Tauchen oder andere bekannte Massnahmen aufbringen. Anschliessend wird das Material zweck mässig bei 120 bis 200 C getrocknet. Bei der Anwen dung der genannten Dispersionen sollte die knapp über dem Erweichungspunkt des betreffenden Polymers lie gende Einbrenntemperatur kurze Zeit beibehalten wer den, während bei Anwesenheit von zusätzlichen mine ralischen Füllstoffen die Schichtbildung mit dem Trocknen im allgemeinen abgeschlossen ist.
Auf diese Weise lassen sich sehr dünne elektrisch trennende Schichten erzielen, die der Dünne von Phos- phatschichten entsprechen, jedoch im Gegensatz zu diesen bekannten Schichten keine Hygroskopizität zei gen, so dass sich der Schichtwiderstand durch Wasser aufnahme nicht erniedrigen kann.
Wenn es nicht auf sehr dünne Schichten, d. h. auf Schichtdicken von weniger als 20 ,jim ankommt, wer den vorteilhaft keine anorganischen Füllstoffe und die oben erwähnten hochpolymeren organischen Kunst stoffe in Form von feinsten Pulvern verwendet und die Dispersionen, wie z. B. Einbrennlacke, auf die Metall oberfläche aufgebracht.
Schliesslich können die Dispersionen auch noch andere an sich bekannte Zusätze, wie Netzmittel oder Inhibitoren enthalten. Als Beispiel für Netzmittel seien erwähnt: Polyglykoläther und Polyalkylenoxydaddukte.
Beispiele für Inhibitoren sind quartäre Ammonium salze sowie Salze aliphatischer Fettsäureamine.
In den Beispielen ist lediglich die Zusammenset zung der Dispersionen angegeben, da die Herstellung der Dispersionen in an sich bekannter Weise erfolgen kann. Bei den Mengenangaben handelt es sich stets um Gewichtsprozent, bei den Verwendungsangaben um Anwendungsbeispiele.
EMI0003.0020
<I>Beispiel <SEP> 1</I>
<tb> <I>Isoliermittel <SEP> für <SEP> Bleche</I>
<tb> Dispersion <SEP> von <SEP> Polyvinylpropionat <SEP> oder
<tb> Copolymere, <SEP> wie <SEP> Vinylacetat/Vinylchlorid <SEP> 20 <SEP> %
<tb> H,P04 <SEP> 1 <SEP> 0/0
<tb> K <SEP> (Na)metaphosphat <SEP> 10 <SEP> 0/a
<tb> Glimmer <SEP> (ca.
<SEP> 5 <SEP> ,um <SEP> Teilchengrösse) <SEP> 10 <SEP> 0/0
<tb> Talgfettaminphosphat <SEP> (als <SEP> Inhibitor) <SEP> 0,01 <SEP> 0/0
<tb> Fettalkoholsulfonat <SEP> (als <SEP> Netzmittel) <SEP> 0,1 <SEP> 0/0
<tb> Wasser <SEP> ad <SEP> 100
EMI0003.0021
<I>Beispiel <SEP> 2</I>
<tb> <I>Isoliermittel <SEP> für <SEP> Kaltwalzbleche</I>
<tb> Dispersion <SEP> von <SEP> Polyvinylacetat <SEP> 5 <SEP> 0/0
EMI0003.0022
Naturlatex <SEP> 10 <SEP> 0/0
<tb> Phthalatharz <SEP> 10 <SEP> 0/0
<tb> H,P04 <SEP> 1 <SEP> 0/0
<tb> K <SEP> (Na)metaphosphat <SEP> 1 <SEP> 0/0
<tb> Talgfettaminphosphat <SEP> (als <SEP> Inhibitor) <SEP> 0,01 <SEP> 0/0
<tb> Nekal <SEP> *) <SEP> (als <SEP> Netzmittel) <SEP> 0,1 <SEP> 0/0
<tb> Wasser <SEP> ad <SEP> 100
<tb> *) <SEP> Handelsbezeichnung <SEP> d. <SEP> Fa. <SEP> Badische <SEP> Anilin- <SEP> u.
<SEP> Sodafabrik
<tb> (BASF) <SEP> Ludwigshafen
EMI0003.0023
<I>Beispiel <SEP> 3</I>
<tb> <I>Isoliermittel <SEP> für <SEP> Warmwalzbleche</I>
<tb> Dispersion <SEP> von <SEP> Polyvinylacetat <SEP> 17,51/o
<tb> Metacrylsäureester <SEP> 5 <SEP> 0/0
<tb> Chlorkautschuk <SEP> 5 <SEP> %
<tb> Glimmer <SEP> 11 <SEP> 0/0
<tb> K <SEP> (Na)metaphosphat <SEP> 1 <SEP> 0/0
<tb> saures <SEP> Na-pyrophosphat <SEP> 1,5 <SEP> 0/0
<tb> Polyglycoläther <SEP> (als <SEP> Netzmittel) <SEP> <B>0,10/0</B>
<tb> Wasser <SEP> ad <SEP> 100
EMI0003.0024
<I>Beispiel <SEP> 4</I>
<tb> Dispersion <SEP> von <SEP> Polyvinylacetat <SEP> 17,5 <SEP> 0/0
<tb> Polyäthylenpulver <SEP> 10 <SEP> 0/0
<tb> H1P04 <SEP> 1 <SEP> 0/0
<tb> Nekal <SEP> *) <SEP> als <SEP> Netzmittel <SEP> <B>0,10/0</B>
<tb> Wasser <SEP> ad <SEP> 100
<tb> *) <SEP> vgl. <SEP> Beispiel <SEP> 2