Bahnen- oder bandförmiger, elektrisch leitender Wickelstoff
Um zu verhindern, dass bei Hochspannungswicklungen elektrischer Maschinen und Geräte Glimmentladungen zwi schen der Oberfläche der Isolierung und den auf Erdpoten tial liegenden Konstruktionselementen und magnetisch wirk samen Blechpaketen oder Kernen auftreten und zur Span nungssteuerung an der Oberfläche solcher Isolierungen wer- den Schichten mit begrenzter elektrischer Leitfähigkeit be nötigt, die hohlraumfrei mit der Isolierung verbunden sind.
Es ist bekannt, für diesen Zweck Lacke mit leitenden Pig menten, wie Russ, Graphit, Siliciumkarbid, Metallschliff oder dergleichen auf die Isolierung aufzutragen oder die Isolie rung mit graphithaltigem Papier zu umwickeln. Derartige
Anordnungen besitzen aber nur eine begrenzte Wärmefe stigkeit.
In den letzten Jahren ist jedoch die Dauerwärmebeständigkeit elektrischer Isolierungen durch die Verwendung wärmebeständiger Trägerstoffe für den als Hauptisoliermittel verwendeten Spalt- oder Feinglimmer sowie hochwertiger härtbarer Tränkharze soweit verbessert worden, dass solche Isolierungen für Betriebstemperaturen bis etwa 160 "C eingesetzt werden können. Vor allem seit die Trän-' kung ganzer Maschinenständer mit unimprägniert, aber bereits mit dem Glimmschutz versehen eingelegter Wicklung mit lösungsmittelfreien härtbaren Harzen in zunehmendem Masse durchgeführt wird, besteht die Aufgabe, geeignete, elektrisch leitende Wickelstoffe mit hoher Dauerwärmebeständigkeit zu schaffen, die als Aussenglimmschutz verwendet werden können und Gebrauchstemperaturen bis 160 "C zulassen.
Zur Lösung dieser Aufgabe besteht ein bahnen- oder bandförmiger, elektrisch leitender Wickelstoff gemäss der Neuerung aus einem porösen, wärmealterungsbeständigen Träger, der beidseitig mit einer kontinuierlichen Lackschicht aus wärmebeständigen, im Tränkharz nicht quellenden Harzen überzogen ist, die elektrisch leitende Teilchen enthält und der angenähert 10 bis 20 /o verhältnismässig niedermolekularer, bei Raumtemperatur noch fliessfähiger, mit den Harzen der Lackschicht verträglicher und in die Tränkharze der Isolierung einbaufähiger Stoffe beigemengt sind. Ein der artiger Wickelstoff ist wärmebeständig und geschmeidig, so dass er auch nach langem Lagern leicht verarbeitet werden kann. Die niedermolekularen, noch fliessfähigen Zusätze wirken für die Lackschicht als äussere Weichmacher.
Für die Lackschicht auf dem Wickelstoff eignen sich Silikonlacke, aromatische Polyamide, aromatische Polyimide, Polybenzimidazole, Polybenzhydantoine und ähnliche lineare aromatisch-heterozyklische Polykondensationsprodukte. Ihr meist verhältnismässig starres Molekülsystem wird. durch die äussere Weichmachung, d. h. durch Zumischen von etwa 10 bis 20 /0 verhältnismässig niedermolekularer bei Raumtemperatur noch fliessfähiger, mit den Harzen der Lackschicht verträglicher Stoffe flexibel gemacht.
Es ist zweckmässig, zur äusseren Weichmachung härteroder vernetzerfreie Komponenten der für die Imprägnierung der Isolierung verwendeten Tränkharzmischungen zu verwenden. Hierdurch wird vermieden, dass aus dem leitfähigen Wickelstoff bei der Tränkung durch das Tränkharz extrahierter Weichmacher das Tränkharzsystem verunreinigt und andererseits wird durch in geringen Mengen in den Wickelstoff eindiffundierenden Härter oder Vernetzer aus dem Tränkharz, das nur die Verarbeitbarkeit erleichternde Weichmachungsmittel bei der anschliessenden Härtung ebenfalls ausgehärtet, was für die Verklebung mit der übrigen Isolierung vorteilhaft ist.
Werden als Tränkharz für die Isolierung Epoxidtränkharzmischungen verwendet, so empfiehlt es sich, der Lackschicht niedermolekulare Epoxidharze im Molekulargewichtsbereich zwischen 200 und 600 beizumengen; werden dagegen styrolfreie ungesättigte Polyester als Tränkharze verwendet, so empfehlen sich ungesättigte Polyesterharzsysteme als Beimischung für die Lackschicht.
Andere geeignete Weichmacher sind Polyesterkondensate aus Fumar-, Isophthalsäure und Neopentylglykol im Molekulargewichtsbereich zwischen 1000 und 2000, aber auch wärmebeständige inaktive, als Weichmacher geeignete Ester oder Äther oder andere stabile Verbindungen.
Als Grundmaterial für den Wickelstoff kommen Glasseide, Asbestgewebe, Gewebe, Vliese oder Papiere aus wärmebeständigen Kunstfasern und Mischungen dieser Stoffe mit Glasseide in Betracht.
Auf einem derartigen Träger wird die Lackschicht auf beiden Seiten des Trägers kontinuierlich aufgebracht Für diese Lacke sind vor allem schnellhärtende Silikonlacke oder Lösungen hochwärmebeständiger Kunststoffe oder in solche beim Trocknen oder Ewärmen überführbare Vorstufenkondensate geeignet; denen geeignete Weichmacher zugefügt sind. Je nach dem gewünschten Leitwert, den der Wickelstoff haben soll, werden feinteilige Metalle, wie Silber, Silberkupferlegierungen oder Nickel, Graphit, Russ, Sili ciumkarbid oder halbleitende Keramikpulver oder Mischungen dieser Stoffe miteinander oder eventuell mit indifferenten anderen Füllstoffen, wie z. B. feinstteiliger Kieselsäure zur Erzeugung thixotroper Eigenschaften, in die Lacklösung eingemischt.
Zur Herstellung des Wickelstoffes wird das pastenartige Gemisch aus Lack, Weichmacher und Leitkörper in der gewünschten Stärke nach üblichen Verfahren, wie Walzen, Spachteln oder Streichen auf den Träger aufgetragen und in einem Trockenkanal soweit vorgetrocknet, dass das Material ohne zu verkleben aufgewickelt werden kann. Der gewünschte Aushärtungsgrad lässt sich durch Nachhärten im aufgewickelten Zustand einstellen.
Es ist aber auch möglich, das pastenartige Gemisch aus Lack, Weichmacher und Leitkörper als leitende oder halbleitende Anstriche auf schon fertige Isolierungen aufzubringen.
Im folgenden sei die Neuerung anhand des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Der aus miteinander verdrillten, gegeneinander isolierten Teilleitern zusammengesetzte Wicklungsstab 1 einer elektrischen Maschine ist zu seiner Isolation zunächst mit Glimmerband 2 in mehreren Lagen umbandelt. Dieses Glimmerband 2 besteht aus einer flexiblen Unterlage 3, auf der eine ein- oder mehrphasige Schicht 4 aus Glimmerblättchen aufgebracht ist. Diese Schicht 4 ist wiederum durch eine wärmebeständige Decklage 5 abgeschlossen, die vorteilhafterweise aus dem gleichen Material wie die Unterlage 3 besteht. Die Schicht 4 aus Glimmerblättchen wird auf der Unterlage 3 durch ein Klebeharz gehalten, das sich vollständig später in das zum Imprägnieren verwendete Imprägnierharz einbauen lässt. Das Glimmerband 2 enthält ausserdem den die Polymerisations- oder Polyadditionsreaktion abkürzenden Beschleuniger für das Imprägnierharz.
Auf diese Schichten des Glimmerbandes 2 wird als Aussenglimmschutz für die Isolierung der bandförmige Wickelstoff 6 gewickelt, der gemäss der Neuerung ausgebildet ist.
Fig. 2 zeigt stark vergrössert schematisch den besonderen Aufbau des Wickelstoffes 6. Den porösen, wärmealterungsbeständigen Träger 7 für den Wickelstoff bildet ein Glasseidegewebe. Dieser Träger 7 ist beidseitig mit einer kontinuierlichen Schicht 8 aus wärmebeständigen Silikonlakken bedeckt. Zur äusseren Weichmachung enthält die Schicht 10 bis 20 % verhältnismässig niedermolekularer, bei Raumtemperatur noch fliessfähiger, mit den Silikonlacken verträgliche Stoffe. Ausserdem sind in ihr nicht dargestellte elektrisch leitende Teilchen aus Russ derartig eingebettet, dass diese durchlaufend leitende Bahnen bilden.
Da Silikonlacke in dem zur Imprägnierung der Isolierung verwendeten Tränkharz nicht quellen, hat der Wickelstoff 6 den Vorteil, dass sich seine Leitfähigkeit bei dem erst nach dem Aufwik keln des Wickelstoffes 6 durchgeführten Tränk- und Härtungsprozess der Isolierung nicht oder nur unwesentlich ändert.
Sheet or tape-shaped, electrically conductive wrapping material
In order to prevent glow discharges between the surface of the insulation and the construction elements at ground potential and magnetically effective laminated cores or cores in high-voltage windings of electrical machines and devices, layers with limited electrical conductivity are used to control the voltage on the surface of such insulation be required, which are connected to the insulation without voids.
It is known for this purpose to apply paints with conductive Pig ments such as carbon black, graphite, silicon carbide, ground metal or the like on the insulation or to wrap the insulation with graphite-containing paper. Such
However, arrangements have only limited heat resistance.
In recent years, however, the permanent heat resistance of electrical insulation has been improved to such an extent through the use of heat-resistant carrier materials for the split or fine mica used as the main insulation, as well as high-quality curable impregnating resins, that such insulation can be used for operating temperatures of up to about 160 ° C. Especially since the Soaking whole machine frames with unimpregnated, but already provided with corona protection, inlaid winding with solvent-free hardenable resins is increasingly being carried out, the task is to create suitable, electrically conductive winding materials with high permanent heat resistance that can be used as external corona protection and operating temperatures up to 160 "C allow.
To solve this problem, there is an electrically conductive wrapping material in the form of a sheet or tape according to the innovation of a porous, heat-aging-resistant carrier, which is coated on both sides with a continuous layer of lacquer made of heat-resistant resins that do not swell in the impregnating resin, which contains electrically conductive particles and which is approximately 10 up to 20 / o relatively low molecular weight, even more flowable at room temperature, more compatible with the resins of the lacquer layer and added to the impregnating resins of the insulation of substances that can be incorporated. Such a wrapping material is heat-resistant and supple, so that it can be easily processed even after long periods of storage. The low molecular weight, still flowable additives act as external plasticizers for the paint layer.
Silicone varnishes, aromatic polyamides, aromatic polyimides, polybenzimidazoles, polybenzhydantoins and similar linear aromatic-heterocyclic polycondensation products are suitable for the varnish layer on the winding material. Their mostly relatively rigid molecular system becomes. by the external softening, d. H. made flexible by adding about 10 to 20/0 relatively low molecular weight substances that are even more flowable at room temperature and are compatible with the resins of the lacquer layer.
It is advisable to use hardener or crosslinker-free components of the impregnating resin mixtures used for the impregnation of the insulation for external softening. This prevents the plasticizer extracted from the conductive winding material during the impregnation by the impregnating resin from contaminating the impregnating resin system and, on the other hand, hardener or crosslinking agent from the impregnating resin that diffuses into the winding material in small quantities also cures the plasticizer, which only facilitates processability, during the subsequent curing which is advantageous for bonding with the rest of the insulation.
If epoxy resin mixtures are used as the impregnating resin for the insulation, it is advisable to add low molecular weight epoxy resins in the molecular weight range between 200 and 600 to the paint layer; If, on the other hand, styrene-free unsaturated polyesters are used as impregnating resins, then unsaturated polyester resin systems are recommended as admixtures for the paint layer.
Other suitable plasticizers are polyester condensates of fumaric acid, isophthalic acid and neopentyl glycol in the molecular weight range between 1000 and 2000, but also heat-resistant, inactive esters or ethers suitable as plasticizers or other stable compounds.
The base material for the winding material can be glass silk, asbestos fabric, fabric, fleece or paper made from heat-resistant synthetic fibers and mixtures of these materials with glass silk.
On such a carrier, the lacquer layer is continuously applied to both sides of the carrier. For these lacquers, fast-curing silicone lacquers or solutions of highly heat-resistant plastics or precursor condensates which can be transferred during drying or heating are particularly suitable; to which suitable plasticizers are added. Depending on the desired conductance that the winding material should have, finely divided metals such as silver, silver copper alloys or nickel, graphite, carbon black, Sili ciumkarbid or semiconducting ceramic powder or mixtures of these substances with each other or possibly with other inert fillers, such as. B. finely divided silica to produce thixotropic properties, mixed into the paint solution.
To produce the wrapping material, the paste-like mixture of lacquer, plasticizer and guide element is applied to the carrier in the desired thickness using conventional methods, such as rolling, spatula or painting, and pre-dried in a drying tunnel so that the material can be wound up without sticking. The desired degree of curing can be adjusted by post-curing in the rolled-up state.
However, it is also possible to apply the paste-like mixture of paint, plasticizer and conductive body as conductive or semiconductive paints to finished insulation.
In the following the innovation will be explained in more detail with reference to the embodiment shown in FIGS.
The winding bar 1 of an electrical machine, which is composed of partial conductors that are twisted together and insulated from one another, is initially wrapped in several layers with mica tape 2 for its insulation. This mica tape 2 consists of a flexible base 3 on which a single- or multi-phase layer 4 of mica flakes is applied. This layer 4 is in turn closed by a heat-resistant cover layer 5, which advantageously consists of the same material as the base 3. The layer 4 of mica flakes is held on the base 3 by an adhesive resin which can later be completely incorporated into the impregnating resin used for impregnation. The mica tape 2 also contains the accelerator for the impregnation resin which shortens the polymerization or polyaddition reaction.
On these layers of the mica tape 2, the tape-shaped winding material 6, which is designed according to the innovation, is wound as an external corona protection for the insulation.
2 shows, greatly enlarged, the special structure of the wrapping material 6. The porous, heat-aging-resistant carrier 7 for the wrapping material is formed by a glass fiber fabric. This carrier 7 is covered on both sides with a continuous layer 8 of heat-resistant silicone sheets. For external softening, the layer contains 10 to 20% relatively low molecular weight substances that are even more fluid at room temperature and compatible with the silicone varnishes. In addition, electrically conductive particles of soot (not shown) are embedded in it in such a way that they form continuous conductive paths.
Since silicone varnishes do not swell in the impregnating resin used to impregnate the insulation, the wrapping material 6 has the advantage that its conductivity does not change or changes only insignificantly during the impregnation and hardening process of the insulation carried out after the wrapping material 6 has been wound up.