CH615527A5

CH615527A5 -

Info

Publication number: CH615527A5
Application number: CH801075A
Authority: CH
Inventors: Hans Mosimann; Werner Marti
Original assignee: Schweizerische Isolawerke
Priority date: 1975-06-19
Filing date: 1975-06-19
Publication date: 1980-01-31
Also published as: AT350140B; NL7606666A; US4087712A; SE420658B; FR2316712B1; JPS524003A; ATA444776A; SE7607023L; DE2627463A1; DE2627463B2; FR2316712A1; GB1524414A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Wicklungen für elektrische Maschinen und Apparate, die auch bei kurzfristiger Überschreitung der Betriebstemperatur mechanisch stabil sind und einen guten Wärmeübergang zwischen der Wicklung und dem Eisen des Magnetkerns ermöglichen.

Bei kleinen Elektromotoren, wie sie z. B. in Staubsaugern, Mixern und Handwerkzeugen Verwendung finden, d. h. bei Elektromotoren mit weniger als ca. 1 PS, werden die Wicklungen heutzutage mit Lackdrähten (d. h. mit einer Isolierschicht versehenen Drähten) hergestellt. Damit die Drähte durch die Magnetbleche nicht zerschnitten werden, verwendet man sogenannte «Nutenisolationen», mit denen die Nuten der Magnetbleche vor dem Wickeln ausgekleidet werden. Nach dem Wickeln wird die Wicklung mit einem Tränklack imprägniert, um die mechanische Festigkeit der Wicklung zu verbessern, die Drähte vor äussern Einflüssen, wie Staub, Feuchtigkeit und in der Atmosphäre vorhandene Chemikalien, zu schützen und die Nutenisolation sowohl mit dem Eisen des Blechpakets als auch mit der Wicklung zu verkleben. Dieser Lack füllt etwa vorhandene Luftspalten aus und verbessert dadurch die Ableitung von Wärme aus der Wicklung in das Eisen des Blechpakets. Der Tränklack muss naturgemäss mit dem zur Drahtisolierung dienenden Lack verträglich sein.

Seit etwa 20 Jahren sind sogenannte Backlackdrähte im Handel, bei denen über einer normalen Isolierschicht eine sogenannte Klebe- oder Backschicht aufgetragen ist, die zum Verkleben der Drahtwindungen miteinander dient. Durch Verwendung von Backlackdrähten kann die oben erwähnte zusätzliche Imprägnierung mit einem Tränklack eingespart werden. Bis in die jüngste Zeit wurden für die Klebeschicht praktisch nur thermoplastische Kunstharze verwendet.

In neuester Zeit wurden Backlackdrähte mit wärmehärtbaren Klebeschichten bekannt (siehe die DOS Nr. 2 443 252 und die belgische Patentschrift Nr. 819 919). Die Klebeschicht liegt in einem lagerungsbeständigen B-Zustand (d. h. teilweise vernetzt) vor. Wird nun die aus solchen Drähten aufgebaute Wicklung eine Zeitlang, z. B. 2 bis 3 Stunden lang, auf Temperaturen von z. B. 170 °C erwärmt, so schmilzt die Klebeschicht. Da die Drähte bekanntlich unter einer gewissen Spannung gewickelt werden, wird die schmelzende Klebeschicht an den Berührungsstellen der Drähte in die Zwischenräume zwischen den Drähten und gegen die Nutenisolation gepresst. Gleichzeitig wird die Klebeschicht durch das Erwärmen gehärtet. Danach ist die Wicklung mechanisch stabilisiert und mit den meisten als Nutenisolation verwendeten Materialien verklebt. Die Nutenisolation ist aber nicht mit dem Eisen des Magnetkerns verklebt, so dass der Wärmeübergang von der Nutenisolation zum Eisen schlecht ist. Je nach Art und Zweck der Wicklung kann sich die Nutenfüllung (Nutenisolation+Draht) im Betrieb sogar in bezug auf den Nutengrund verschieben. Die am Beispiel von Wicklungen für kleine Elektromotoren erläuterten Probleme treten analog auch bei Wicklungen für Transformatoren, Magnetventile usw. auf. Wenn man keine nachträgliche Imprägnierung mit lösungsmittelhaltigen oder lösungsmittelfreien Lacken vornehmen will, lassen sich die genannten Probleme mit den herkömmlichen Mitteln nicht lösen.

Es wurde nun gefunden, dass die genannten Schwierigkeiten nicht auftreten, wenn man Nutenisolationen verwendet, die mit bei Raumtemperatur völlig klebfreien, bei den für die Härtung der Klebeschicht des Backlackdrahtes angewandten Temperaturen wärmehärtbaren und klebrig werdenden, im

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B-Zustand vorliegenden Harzen mindestens auf der dem Magnetkern zugewandten Seite, vorzugsweise aber beidseitig überzogen sind. Dadurch ergibt sich bei der Wärmehärtung die erforderliche Verklebung der Nutenisolation mit dem Eisen des Magnetkerns. Es ist vorteilhaft, wenn die überzogene Nuteniso- 5 lation eine glatte Oberfläche hat, so dass sie sich bei der Serienfertigung ohne Schwierigkeiten maschinell in die Nuten einschieben lässt.

Die Temperaturen, denen ein Material ausgesetzt werden kann, können durch die «Wärmeklassen» gemäss der 1957 to erschienenen Publikation Nr. 85 der Commission Electrotech-nique Internationale (CEI oder IEC) «Recommandations relatives à la classification des matières destinées à l'isolement des machines et appareils électriques en fonction de leur stabilité en service» bezeichnet werden. Die Wärmeklasse B bedeutet 15 maximal 130 °C,die Wärmeklasse F maximal 155 °C und die Wärmeklasse H maximal 180 °C.

Als Nutenisolationen kann man Flächengebilde mit einer Dicke von 25 |im bis 0,5 mm verwenden. Für die Wärmeklasse B eignen sich z. B. Polyesterfilme oder Schichtstoffe, wie Poly- 2o esterfilm-Pressspan, Polyesterfilm-Pressspan-Polysterfilm oder Pressspan-Polyesterfilm-Pressspan (Pressspan wird bekanntlich aus sehr reiner Cellulose auf zylinderförmigen Nutschen hergestellt und gepresst und stellt ein sehr dichtes Papier dar). Für die Wärmeklassen F und H kommen Papiere aus Polyamid- 25 fasern oder auch Asbestpapiere, eventuell in Kombination mit anderen Materialien, in Betracht. Man kann grundsätzlich alle Nutenisolationen verwenden, die sich für die vorgesehene Betriebstemperatur eignen und von den verwendeten Lacken nicht angegriffen werden. 30

Für das Überziehen der Nutenisolationen eignen sich je nach der vorgesehenen Betriebstemperatur Lösungen von verschiedenen bei Raumtemperatur völlig klebfreien, bei den für die Härtung der Klebeschicht des Backlackdrahtes angewandten Temperaturen wärmehärtbaren und klebrig werdenden, im 35 B-Zustand vorliegenden Harzen, gegebenenfalls im Gemisch mit geringeren Mengen geeigneter Gummis, die die Zähigkeit verbessern, in einem leicht flüchtigen Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemisch, z. B. mit einem Siedepunkt von ca. 100 °C. Solche Lösungen werden gewöhnlich (und im folgen- 40 den) als Lacke bezeichnet.

Für die Wärmeklasse B eignen sich z. B. folgende Harze als im B-Zustand vorliegende Harze: Phenolharzresole und Epoxy-harze, wie Bisphenolharze, in Kombination mit latenten Härtern, wie BF3. Diese Harze sollen vorzugsweise in Ketonen, wie 45 Aceton, löslich sein. Sie können mit geeigneten ketonlöslichen Gummis, wie Butadien-Acrylnitril-Copolymerisaten, zusammen verwendet werden, und zwar als Lösung in einem gemeinsamen, leicht flüchtigen Lösungsmittel, z. B. einem Keton, wie Aceton, einem Gemisch aus einem Keton und einem Kohlen- 50 Wasserstoff, wie Toluol, oder einem höheren Ester. Die Lösungen können auf eine für die Verarbeitung geeignete Viskosität eingestellt werden, die von der verwendeten Vorrichtung abhängt. Für die Walzenlackierung eignet sich z. B. eine Viskosität von ca. 50 cP. 55

Für die Wärmeklassen F und H eignen sich die in der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 2 443 252 und der belgischen Patentschrift Nr. 819 919 beschriebenen Lacke, wobei man aber keine phenolischen Lösungsmittel, sondern tiefer siedende Lösungsmittel, wie Methylglycolacetat (2-Methoxyäthyl-acetat), eventuell im Gemisch mit Ketonen, verwendet. Man kann grundsätzlich alle Lacke dieses Typs verwenden, die mit der Isolierschicht der verwendeten Backlackdrähte mit wärmehärtbarer Klebeschicht verträglich sind.

In der erwähnten deutschen Offenlegungsschrift und der erwähnten belgischen Patentschrift werden Lacke beschrieben, die a) ein Poly-urethan-esterimid mit durch einwertiges Phenol blockierten, endständigen Isocyanatgruppen und freien Hydroxylgruppen, wie es z. B. durch Kondensation von einwertigem Phenol, hydroxylgruppenhaltigem Polyesterimid und Polyiso-cyanat erhalten wird, und b) ein im wesentlichen lineares, sekundäre Hydroxylgruppen enthaltendes Epoxyharz mit einem Molekulargewicht über 30 000 enthalten.

Als Polyesterimid wird ein Kondensationsprodukt ausTri-mellitsäureanhydrid, Giykokoll, Triäthyienglykol und Tris-(2-hydroxyäthyl)-isocyanurat bevorzugt, das die Dicarbonsäure der Formel:

HtiOC,

.N-CÎI -C00H

das Triäthylenglycol der Formel:

HOCH2CH2-O-CH2CH2-O-CH2CH2OH und das Tris-(2-hydroxyäthyl)-isocyanurat der Formel:

hoch2ch2

h2ch20h iii

CH2CH2OH

im Molverhältnis I zu (II + III) = 1 :1,2 bis 1 :2 und II zu III = 1:1 bis 10:1.

Als Polyisocyanate werden Verbindungen der Formel:

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ocn^-),ch2

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■nco oder oder deren Mischungen bevorzugt, wobei das Verhältnis von Hydroxylgruppen im Polyesterimid zu Isocyanatgruppen vorzugsweise 1 :1 bis 1 :1,5 beträgt.

Als einwertige Phenole werden Phenol, Kresol oder die Xylenole bevorzugt.

Als Epoxyharze werden solche mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 30 000 bis 200 000 bevorzugt, insbesondere hochmolekulare Kondensationsprodukte aus Epi-chlorhydrin und Bisphenol A der Formel:

0-cho-ch-cho-2 ! 2

oh

In Betracht kommen z. B. die Handelsprodukte Epikote 52-L-32 (Molekulargewicht ca. 80 000) und Epikote 55-L-32 (Molekulargewicht ca. 200 000) der Firma Shell, die einen Hydroxylwert von ca. 0,35 haben, d. h. ca. 0,35 Äquivalente Hydroxylgruppen pro g Produkt enthalten. Das Epoxyäquivalent lässt sich wegen des geringen Epoxygruppengehaltes dieser Produkte praktisch nicht bestimmen.

Das Gewichtsverhältnis von Poly-urethan-esterimid zu Epoxyharz kann z. B. bis zu 20:80 betragen.

Beispiel 1

Eine Nutenisolation in Rollenform mit einer Dicke von 0,15 bis 0,20 mm Polyesterfilm oder Schichtstoffe, wie Polyesterfilm/Pressspan, Polyesterfilm/Pressspan/Polyesterfilm oder Pressspan/Polyesterfilm/Pressspan, wird in einer Lackiervorrichtung, die ein Tauchen der Nutenisolation und eine Dosierung der Lackmenge erlaubt, mit einer Lösung von 40 bis 20, vorzugsweise 30Gew.-Teilen eines acetonlöslichen Butadien-Acrylnitril-Copolymerisates und 60 bis 80, vorzugsweise 70 Gew.-Teilen eines acetonlöslichen Phenolharzes mit einem Schmelzpunkt von ca. 70 °C in so viel Aceton, dass sich eine für

25 die verwendete Lackiervorrichtung geeignete Viskosität ergibt, überzogen.

Die beidseitig lackierte Nutenisolation wird in einem ventilierten Trockenofen getrocknet, wobei die Harze so weit ausgehärtet werden, dass die Lackschicht nach dem Abkühlen m trocken und nicht mehr klebrig, aber noch nicht zu spröde ist. Die überzogene Nutenisolation kann aufgerollt werden und eignet sich für die Wärmeklasse B.

Geeignete Trocknungs- und Aushärtungsbedingungen können durch Testen der behandelten Nutenisolation (z. B. Herstel-Ì5 lung der Prüfkörper nach DIN 53281 und Zugversuch nach DIN 53283) ermittelt werden.

Beispiel 2

Ein Papier aus Polyamidfasern, wie das von Du Pont ver-4o triebene NomexR-Papier, wird wie in Beispiel 1 beschrieben mit einem Lack nach Beispiel 1,2,3 oder 4 der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 2 443 252 überzogen, bei dem aber das als Lösungsmittel dienende Phenol durch ein tiefer siedendes Lösungsmittel, wie Methylglycolacetat (2-Methoxyäthylace-45 tat), eventuell im Gemisch mit einem leicht flüchtigen Keton, wie Aceton oder Methyläthylketon, ersetzt ist. Zweckmässig verwendet man Lösungsmittel oder Lösungsmittelgemische mit einem Siedepunkt von ca. 100°C. Die so überzogene Nutenisolation eignet sich für die Wärmeklassen F und H. 5» Die gleichen Lacke kann man auch auf Schichtstoffe des in Beispiel 1 beschriebenen Typs aus Polyesternfilm und Pressspan aufbringen, wobei man für die Wärmeklasse B geeignete Nutenisolationen erhält.

Mit den Nutenisolationen nach Beispiel 1 und 2 können 55 unter Verwendung von mit einer wärmehärtbaren Klebeschicht versehenen Backlackdrähten in üblicher Weise Wicklungen für elektrische Motoren und Apparate hergestellt werden, wobei, falls einseitig überzogene Nutenisolationen verwendet werden, deren überzogene Seite dem Magnetkern so zugewandt sein muss. Während des Erwärmens im Ofen zur Verfestigung der Wicklung (z. B. auf 170 °C) wird auch die dem Magnetkern zugewandte Seite der Nutenisolation mit dem Eisen des Magnetkerns dauernd verbunden, so dass gleichzeitig eine Verfestigung der Wicklung und ein besserer Wärmeüber-65 gang zwischen der Wicklung und dem Eisen des Magnetkerns erzielt werden, ohne dass eine zusätzliche Imprägnierung erforderlich ist.

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Claims

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1. Verfahren zur Herstellung von Wicklungen für elektrische Maschinen und Apparate, die auch bei kurzfristiger Überschreitung der Betriebstemperatur mechanisch stabil sind und ohne zusätzliche Imprägnierung einen guten Wärmeübergang zwischen der Wicklung und dem Eisen des Magnetkerns ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass man die Nuten des Magnetkerns mit einer Nutenisolation auskleidet, die mit mindestens einem bei Raumtemperatur völlig klebfreien, bei den für die Härtung der wärmehärtbaren Klebeschicht des verwendeten Backlackdrahtes angewandten Temperaturen wärmehärtbaren und klebrig werdenden, im B-Zustand vorliegenden Harz mindestens auf der dem Magnetkern zugewandten Seite überzogen ist, dass man die Wicklung aus Backlackdrähten herstellt, die mit einer wärmehärtbaren Klebeschicht versehen sind, und dass die Härtung des Überzuges auf der Nutenisolation und der Klebeschicht der Backlackdrähte durch Erhitzen erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung von Wicklungen der Wärmeklasse B, dadurch gekennzeichnet, dass man als Nutenisolation einen Polyesterfilm oder einen zwei- oder dreischichtigen Schichtstoff aus Polyesterfilm und Pressspan verwendet.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 zur Herstellung von Wicklungen der Wärmeklasse B, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Nutenisolation verwendet, die mit einem im B-Zustand vorliegenden ketonlöslichen Epoxyharz oder Phenolharz mit einem Schmelzpunkt von ca. 70 °C, gegebenenfalls im Gemisch mit einem ketonlöslichen Gummi, vorzugsweise einem Butadien-Acrylnitril-Copolymerisat, ein- oder vorzugsweise beidseitig überzogen ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Nutenisolation verwendet, die, bezogen auf den Überzug, mit 40 bis 20 Gew.-%, vorzugsweise 30 Gew.-% Gummi und 60 bis 80 Gew.-%, vorzugsweise 70 Gew.-% Phenolharz überzogen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1 zur Herstellung von Wicklungen für die Wärmeklasse F oder H, dadurch gekennzeichnet, dass man als Nutenisolation ein Papier aus Polyamidfasern oder ein Asbestpapier verwendet.

6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 5 zur Herstellung von Wicklungen für die Wärmeklasse F oder H, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Nutenisolation verwendet, die mit einem Poly-urethanesterimid mit durch einwertiges Phenol blockierten, endständigen Isocyanatgruppen und freien Hydroxylgruppen, wie es durch Kondensation von einwertigem Phenol, hydroxylgruppenhaltigem Polyesterimid und Polyisocya-nat erhältlich ist, und einem im wesentlichen linearem, sekundäre Hydroxylgruppen enthaltendem Epoxyharz mit einem Molekulargewicht über 30 000 ein- oder vorzugsweise beidseitig überzogen ist.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Nutenisolation verwendet, die mit einem Kondensationsprodukt aus Phenol, Kresol oder mindestens einem Xylenol, Trimellitsäure-N-carboxymethylimid (I), Triäthylen-glycol (II) und Tris-(2-hydroxyäthyl)-isocyanurat (III) sowie einem im wesentlichen linearen, sekundäre Hydroxylgruppen enthaltendem Epoxyharz mit einem Molekulargewicht über 30 000 ein- oder vorzugsweise beidseitig überzogen ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensationsprodukt die Komponenten im Molverhältnis I zu (II + III) =1 :1,2 bis 1 :2 und II zu III = 1:1 bis 10 :1 enthält.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Epoxyharz ein Kondensationsprodukt aus Epi-chlorhydrin und Bisphenol A mit einem durchschnittlichen Molekulargewicht von 30 000 bis 200 000 ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,

dass das Epoxyharz einen Hydroxylwert von ca. 0,35 hat.