CH619809A5

CH619809A5 -

Info

Publication number: CH619809A5
Application number: CH185275A
Authority: CH
Inventors: Heinz Dr Hacker; Ernst Helwig
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1974-03-01
Filing date: 1975-02-14
Publication date: 1980-10-15
Also published as: SE7502103L; CA1039596A; LU71923A1; GB1480130A; ATA124775A; JPS50124060A; NO135846B; SE412414B; FR2262689B1; DD117206A5; FR2262689A1; DK77475A; NL7502411A; PL94092B1; IT1033296B; NO750619L; NO135846C; US4002797A; AT345954B

Description

Aufgabe der Erfindung ist es, mittels Verwendung von Gleitmitteln für Drähte mit Lackisolierung eine problemlose 35 Verarbeitung der Lackdrähte zu ermöglichen und die Verbindung zwischen Lackdraht und Imprägnierharz nicht, wie bisher, zu vermindern, sondern sogar zu verbessern.

Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass man als Gleitmittel für Drähte mit Lackisolierung bei Raumtemperatur 40 salben- oder seifenartige Konsistenz aufweisende Verbindungen des Typs A-C-B verwendet, wobei A eine chemische Gruppierung mit reaktionsfähigen Gruppen darstellt, die einen chemischen Einbau in ein polymerisierbares Imprägnierharzsystem ermöglichen, B ein gesättigter oder ungesättigter aliphati-45 scher Kohlenwasserstoffrest und C eines der folgenden Bindeglieder

-C-, -CO-, -co-o-

-N-, -N=C-, -NH-C0-0- ,

-0-,

-S-, -SO-oder

■S02- ist.

Lackdrähte, d. h. Drähte mit Lackisolierung, besitzen einen dünnen, möglichst blasen- und porenfreien Lackfilm, dessen Stärke beispielsweise nach Normvorschriften festgelegt ist. Der Lackfilm dient zur Isolierung der Windungen einer Spule gegeneinander. Vor allem Lackdrähte für den Elektromaschinenbau, aber auch solche für die Schwachstromtechnik, werden während ihrer Verarbeitung bzw. beim Wickeln auf Wik-kelautomaten oder beim Einbringen in Nuten von Statoren oder Rotoren elektrischer Maschinen stark beansprucht.

Zur Vermeidung von Beschädigungen der Lackdrahtisolierung während der Verarbeitung und zur Ermöglichung eines

Die erfindungsgemäss als Gleitmittel verwendeten Verbindungen - es können sowohl einzelne Verbindungen als auch Gemische dieser Verbindungen verwendet werden - werden während des Verbackungsprozesses des Imprägnierharzes chemisch in dessen Harzmatrix eingebaut, d. h. es erfolgt sozusagen eine Entfernung des Gleitmittels auf chemischem Wege. Auf diese Weise wird eine gute Verbindung zwischen Lackdraht und Isolierharz ermöglicht. Die Funktion als Gleitmittel ist dadurch sichergestellt, dass die erfindungsgemäss zu verwendenden Verbindungen bei Raumtemperatur eine salben-oder seifenartige Konsistenz aufweisen. Diese Verbindungen

3

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haben bevorzugt einen Schmelzpunkt im Bereich zwischen 35 Die Gruppierung B besteht aus einem gesättigten oder unge-und 65 °C und ergeben im allgemeinen Reibungskoeffizienten n sättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffrest, d. h. B ist ein (nach DIN 46 453, Absatz 11.2) zwischen 0,09 und 0,2. Neben Alkyl-, Alkenyl- oder Alkinylrest. Zur Erzielung guter Gleitmiteiner hervorragenden Schmierwirkung weisen derartige Ver- teleigenschaften weist B vorteilhaft 8 bis 24 Kohlenstoffatome bindungen ferner den Vorteil auf, dass sie keine oder nur eine 5 Und vorzugsweise 14 bis 20 Kohlenstoffatome auf. B. kann also vernachlässigbar geringe Klebrigkeit besitzen. Dies zeichnet beispielsweise vorteilhaft ein Lauryl- oder Stearylrest sein, sie beispielsweise gegenüber oligomerisierten ungesättigten Das Brücken- oder Bindeglied C zwischen den Funktions-Polyestern aus. Versuche mit derartigen Polyestern haben trägem A und B ist eine Kohlenstoff-, Stickstoff-, Sauerstoffgezeigt, dass damit keine befriedigenden Ergebnisse erzielt oder Schwefelgruppierung. Unter einer Kohlenstoffgruppie-werden können. Die Oberflächenklebrigkeit der damit erzeug- j 0 mng wird dabei sowohl eine Brücke in Form eines Kohlenstoff-ten Gleitmittelfilme bringt nämlich erhebliche Probleme bei atomes verstanden als auch eine Brücke in Form einer der Verarbeitung der Lackdrähte mit sich, da durch eine über- Carboxylgruppe -CO- und einer Estergruppe -C0-0-. Unter mässige Staubbindung während des Fertigungsprozesses oder Stickstoffgruppierung wird neben der Struktur -1JJ- auch die beim Transport eine starke Verschmutzung auftritt und die Imidstruktur -N=C- und die Urethanstruktur -NH-CO-O-Führungsrollen beim Aufwickeln verkleben. 15 verstanden. Die Salierstoffgruppierung wird durch eine Äther-Die erfindungsgemäss als Gleitmittel verwendeten Verbin- bindung -O- gebildet. Die Bezeichnung Schwefelgruppierung düngen weisen das Strukturschema A-C-B auf. Die Gruppie- beinhaltet neben der Thioätherstruktur -S- auch die Sulfoxid-rung A ist dabei der Träger der funktionellen Gruppen, die struktur -SO- und die Sulfonstruktur -SO2-.

einen chemischen Einbau in das Netzwerk des Imprägnierhar- Die beiden freien Valenzen der Kohlenstoffgruppierung zes während des Verbackungsprozesses ermöglichen. Bei Ver- 20 -C-, zwei Valenzen sind bereits an die Gruppierungen A und B wendung von Imprägnierharzen auf der Basis von ungesättig- gebunden, können durch organische Reste oder Wasserstoff-ten Polyestern sind dies Gruppen, die während des Verbak- atome besetzt sein. Eine Valenz an der Stickstoffgruppierung kungsprozesses unter radikalischer Initiierung in die Harzma- -N- kann beispielsweise an einen Alkylrest mit 1 bis 20 Kohlen-trix eingebaut werden. Vorzugsweise trägt die chemische Stoffatomen oder an eine Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 3 bis Gruppierung A in diesem Fall wenigstens eine äthylenisch 25 16 Kohlenstoffatomen oder an Wasserstoff gebunden sein, ungesättigte Gruppe. Bei Verwendung additiv härtender Wichtige Beispiele für die Gruppierung A sind Abkömmimprägnierharze, beispielsweise Epoxid- oder Urethanharze, linge folgender Verbindungen: Isocyansäure (1), Benzolcarbonbesitzen die funktionellen Gruppen vorteilhaft reaktive Was- säuren (2), Cyclohexancarbonsäuren (3), Zimtsäure (4), Benzol serstoffatome. Auch das Bindeglied C kann allein oder zusätz- (5), Maleinsäure (6), Fumarsäure (7), Itaconsäure (8), Methacryl-lich reaktive Wasserstoffatome besitzen. Die Gruppierung B ist 30 säure (9), Acrylsäure ( 10), Maleinsäuremonoallylester (11), im wesentlichen Träger der reinen Gleitmitteleigenschaften, Mono- oder Diester des Glycerins (12), Propylen (13) und Äthy-d. h. sie ist mitbestimmend für die Konsistenz des Gleitmittels. len (14).

0

(1) (2)

(3)

(4)

CH0 H 2 CH 1

C-I)

(5) (6) (7)

(8) (9)

(10)

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4

CHgOCORy CH2 CH2=CH-

ch2=ch-ch2-o-c-ch=ch-c- cho(h,cor8) ch o 0 CH2- CHp-

(11)

(12)

(13) (14)

(Die Bedeutung der Substituenten Ri bis Rs ist nachfolgend angegeben.)

Bei Verwendung radikalisch vernetzender Imprägnierharze werden vorzugsweise Verbindungen verwendet, bei denen wenigstens einer der Reste Ri bis Rs eine polymerisier-bare Mehrfachbindung besitzt. Beispiele für derartige Reste sind die Allyl-, Methallyl-, Äthallyl-, Propallyl-, 3-Äthyl-bute-nyl-2-, 3-Butenyl, 2,4-Hexadienyl-, Crotyl- und Nonenyl-Gruppe.

Bei Verwendung von durch Additionsreaktionen vernetzenden Imprägnierharzen, wie beispielsweise Harzen auf Epo-xid- und Urethanbasis, tragen die Reste Ri bis Rs vorzugsweise Gruppen mit reaktiven H-Atomen, wie beispielsweise -NH-, -NH2, -COOH oder -OH. Beim Vorliegen des Bindegliedes C als Stickstoffgruppierung kann das Gleitmittelmolekül das reaktive H-Atom aber auch in der Form -NH- oder -NH-CO-O- enthalten.

Charakteristische Beispiele von Gleitmitteln des Typs A-B-C sind:

a) für radikalisch vernetzende Imprägnierharze: Diallyl-stearyl-isocyanurat, l-Corboallyloxy-3,4-dicarbostearyloxy-ben-zol (Ester der Trimellithsäure), Maleinsäuredilaurylester, Maleinsäuredistearylester, Fumarsäuredilaurylester, Fumarsäu-relaurylstearylester, Fumarsäuredistearylester.N-Lauryl-malein-imid, N-Stearyl-maleinimid, Zimtsäurestearyl-(lauryl-, cetyl-oder myristyl-)ester und N-Mono(di)stearyKlauryl, myristyl-, cetyl-)zimtsäureamid sowie mehrfach mit höheren gesättigten Fettsäuren von Ciò bis C24 allein oder im Gemisch mit ungesättigten Fettsäuren von Cis bis C24 veresterte mehrwertige Alkohole, bei denen wenigstens eine Hydroxylgruppe mit einer ungesättigten Carbonsäure, beispielsweise Methacryl- oder Acrylsäure, verestert ist;

b) für additiv vernetzende Imprägnierharze:

l-Carboxy-3,4-dicarbostearyloxy-benzoI,N,N'-Distearyl-

(myristyl-, lauryl-, cetyl-)malonsäurediamid, N,N'-Distearyi-(myristyl-, lauryl-, cetyl-)phenylendiamin, Phthalsäuremonostea-ryKlauryl-, myristyl-, cetyl-)ester, Hexahydrophthalsäuremo-nostearyHlauryl-, myristyl-, cetyl-)ester, N,N'-Distearyl-(lauryl-, myristyl-, cetyl-)hexahydrophthalsäurediamid und N-Stearyl-anilin sowie mehrfach mit höheren gesättigten Fettsäuren von Ciò bis C24 allein oder im Gemisch mit ungesättigten Fettsäuren von C18 bis C24 veresterte mehrwertige Alkohole, bei denen wenigstens über eine Hydroxylgruppe eine Halbesterbindung zu einer Di- oder Polycarbonsäure besteht.

Zur Verwendung bei radikalisch vernetzenden Imprägnierharzen sind insbesondere Zimtsäureester des Lauryl-, Myristyl-, Certyl- und Stearylalkohols gut geeignet. Bei der Verwendung von Imprägnierharzen auf Polyurethanbasis werden Gleitmittel mit reaktiven H-Atomen in OH- bzw. NH- oder NH2-Bin-dung bevorzugt.

Als besonders gut geeignet zur Verwendung als Gleitmittel haben sich Verbindungen erwiesen, deren Bindeglied C ein N-substituiertes Amin ist, und zwar insbesondere 2,4-Dienoxy-6-

aminoalkyl(-en)-s-triazine der allgemeinen Formel,

OR,

35

40

55

wobei Ri und R2 eine Allyl- und/oder Methallyl- und/oder Äthallyl- und/oder Propallyl- und/oder 3-Äthyl-butenyl-2- und/ oder 3-Butenyl- und/oder 2,4-Hexadienyl- und/oder Crotyl- und/ oder eine Nonenylgruppe sind, R3 Wasserstoff oder eine Alkyl-gruppe und R4 eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffato-men oder eine Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 3 bis 16 Kohlenstoffatomen sind. Derartige Verbindungen zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass ihre Klebrigkeit vernachlässigbar gering ist. Sehr gute Ergebnisse werden insbesondere mit 2,4-Dienoxy-6-aminostearyl-s-triazinen erzielt, wobei vorzugsweise 2,4-Diallyloxy-6-aminostearyl-s-triazin verwendet wird.

Die Darstellung von 2,4-Dienoxy-6-aminoalkyl(-en>s-triazi-nen ist beispielsweise in der US-Patentschrift 2 537 816 und in der deutschen Offenlegungsschrift 2 308 560 beschrieben.

Die Verwendung von Verbindungen des Typs A-C-B als Gleitmittel für Drähte mit Lackisolierung erweist sich auch deshalb als besonders vorteilhaft, weil diese Verbindungen in monomerer Form gegenüber der Isolations- bzw. Lackschicht völlig inert sind. Ferner gewährleistet das relativ niedrige Doppelbindungsäquivalent bzw. der Aminwasserstoff dieser Verbindungen bei Tränkharzen auf der Basis ungesättigter Polyester* und Epoxidharze einen raschen und sicheren Einbau in die Tränkharzmatrix. Weitere Vorteile liegen darin, dass die verwendeten Verbindungen mit üblichen Giess-, Einbettungs-, Tränk- und Träufelharzen auf der Basis von ungesättigten Polyester- und/oder Epoxidharzen gleich gut verträglich sind. Derartige Gleitmittel verbessern die mechanischen und elektrischen Eigenschaften von Wicklungen, insbesondere von Motoren*, Transformatoren- und Spulenwicklungen, erheblich, da sie eine gute Verbackung dieser Wicklungen gewährleisten. So lässt sich bei Motorenwicklungen aus Lackdrähten, die mit einem Gleitmittel vom Typ A-C-B verarbeitet wurden, die Anzahl der Umschaltungen von 400 000 auf mehr als 1 000 000 erhöhen, ehe die Motoren ausfallen. Ein weiterer Vorteil der Gleitmittel vom Typ A-C-B ist darin zu sehen, dass durch eine Variation im chemischen Aufbau leicht eine Anpassung an spezielle Anforderungen möglich ist.

Die Beschichtung der Drähte mit dem Gleitmittel erfolgt im allgemeinen in der Weise, dass auf die Drähte eine Lösung

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des Gleitmittels aufgebracht wird, beispielsweise durch Bestreichen mittels eines Dochtes, und dass anschliessend das Lösungsmittel entfernt wird. Dazu kann beispielsweise eine 3%ige (Gew.%) Lösung in einem Gemisch aus Testbenzin und Toluol verwendet werden.

Anhand von Versuchsergebnissen zweier Prüfreihen wird im folgenden die bei Verwendung von Gleitmitteln des Typs A-C-B erzielbare Verbesserung der elektrischen und mechanischen Eigenschaften dargestellt.

Prüfreihe 1

Für die Prüfung der Haftung zwischen Drahtlack und Imprägnierharz wird die Drahtbündelprüfung herangezogen. Dazu werden stabförmige Drahtwickelbündel der Abmessung 10 mm x 15 mm x 150 mm, welche eine definierte Zahl von Leitern enthalten, mit einem ungesättigten Polyesterharz (UP-Harz) imprägniert. Auf einer Prüfmaschine mit Biegeeinrichtung werden die Drahtwickelbündel dann einer Biegebeanspruchung ausgesetzt und dabei wird ein Kraft/Weg-Diagramm aufgezeichnet. Bei Vergleichsuntersuchungen zwischen Drahtwik-kelbündeln (I) aus imprägnierten Lackdrähten mit herkömmlichen Gleitmitteln auf Paraffinbasis, entsprechenden Drahtwik-kelbündeln (II) aus Lackdrähten, deren Gleitmittel vor der Imprägnierung abgewaschen wurde, und Drahtwickelbündeln (III) aus Lackdrähten mit einem Gleitmittel vom Typ A-C-B in Form von 2,4-Diallyloxy-6-amino-stearyl-s-triazin (p. = 0,13) zeigen die letzteren eine Biegsteifigkeitsverbesserung um mehr als das Doppelte. In der folgenden Tabelle sind zur Veranschaulichung bei Raumtemperatur erhaltene Messwerte aus Drahtwickelbündeln der vorstehend genannten Abmessungen mit 1,06 mm starken Lackdrähten einander gegenübergestellt, und

Probe

Lack

Imprägnier

Einspann- Biege

Maximum

harz länge (mm)

radius (mm)

[N]

5

I

Poly-ester-imid

UP-Harz

120

10

765

II

Poly-

UP-Harz

120

10

1088

10

ester-

imid

III

Poly-ester-imid

UP-Harz

120

10

1836

Prüfreihe 2

In einer zweiten Prüfreihe werden sogenannte Reversier-prüfungen an elektrischen Maschinen durchgeführt. Dabei lau-20 fen Elektromotoren reversierend im Rechts-Links-Lauf. Die Abstände zwischen den Schaltungen werden so gewählt, dass die Wicklungserwärmung der entsprechenden Isolierstoffklasse nach VDE 0530 entspricht. Beispielsweise ist die dabei auftretende Wicklungsbelastung einer Wicklung, die für 11 kW 25 220/380 V (A /Y) ausgelegt ist, d.h. für 11 kW und 220 V in Dreieckschaltung bzw. 380 V in Sternschaltung, beim Schaltvorgang ca. 1000 V und 180 A. Bei derartigen Reversierprüfun-gen zeigt sich, dass sich bei Motorwicklungen aus Lackdrähten, die mit 2,4-Diallyloxy-6-amino-stearyl-s-triazin verarbeitet wur-30 den, die Anzahl der Umschaltungen von 400 000 auf mehr als 1 000 000 erhöhen lässt, ehe die Motoren ausfallen.

Claims

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PATENTANSPRÜCHE 1. Verwendung von bei Raumtemperatur salben- oder seifenartige Konsistenz aufweisenden Verbindungen des Typs A-C-B als Gleitmittel für Drähte mit Lackisolierung, wobei A eine chemische Gruppierung mit reaktionsfähigen Gruppen darstellt, die einen chemischen Einbau in ein polymerisierbares Imprägnierharzsystem ermöglichen, B ein gesättigter oder ungesättigter aliphatischer Kohlenwasserstoffrest und C eines der folgenden Bindeglieder

-C- -CO-, -C0-0- , -N-, -N=C-, -NH-C0-0- , I 1 '

-0-, -S-, -SO- oder/-S02~ ist.
2. Verwendung von Verbindungen nach Anspruch 1, deren chemische Gruppierung A wenigstens eine äthylenisch ungesättigte Gruppe aufweist.
3. Verwendung von Verbindungen nach Anspruch 1, deren chemische Gruppierung A und/oder deren Bindeglied C wenigstens ein reaktives Wasserstoffatom besitzt.
4. Verwendung von Verbindungen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, deren Bindeglied C ein N-substituiertes Amin ist.
5. Verwendung von Verbindungen nach Anspruch 4 in Form eines 2,4-Dienoxy-6-aminoalkyl (-en>s-triazins der allgemeinen Formel wobei Ri und R2 eine Allyl- und/oder Methallyl- und/oder Äthallyl- und/oder Propallyl- und/oder 3-Äthylbutenyl-2- und/ oder 3-Butenyl- und/oder 2,4-Hexadienyl- und/oder Crotyl- und/ oder eine Nonenyl-Gruppe ist, R3 Wasserstoff oder eine Alkyl-gruppe und R4 eine Alkylgruppe mit 1 bis 20 Kohlenstoffato-men oder eine Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 3 bis 16 Kohlenstoffatomen ist.
6. Verwendung von 2,4-Dienoxy-6-aminostearyl-s-triazinen nach Anspruch 5, insbesondere von 2,4-Diallyloxy-6-aminostea-ryl-s-triazin.
7. Verwendung von Verbindungen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, deren Kohlenwasserstoffrest B 8 bis 24 Kohlenstoffatome, vorzugsweise 14 bis 20 Kohlenstoffatome, aufweist.
8. Verwendung von Verbindungen nach Anspruch 7 in Form eines Zimtsäureesters des Lauryl-, Myristyl-, Cetyl- oder Stearylalkohols.

einwandfreien Aufspulens sind die Drähte mit Gleitmitteln beschichtet. Dadurch werden die mechanischen Kräfte, die auf 15 die Lackschicht wirken, herabgesetzt.

Im Elektromaschinenbau ist es zur Anhebung der elektrischen und mechanisch-thermischen Eigenschaften üblich, Wicklungen nach Tauch- oder Träufelverfahren, beispielsweise mit ungesättigten Polyester- oder Epoxidharzen, zu imprägnie-20 ren und anschliessend in einem Temperprozess zu verbacken.

Übliche Gleitmittel, insbesondere solche auf Paraffinbasis, vermindern aber die Festigkeit des Verbandes Lackdraht/ Imprägnierharz wesentlich. Die besitzen nämlich die unerwünschte Eigenschaft, zwischen Imprägnierharz und Lackdraht 25 eine Art Trennschicht zu bilden. Die verminderte Festigkeit lässt sich deutlich mit Umschaltversuchen an Elektromotoren zeigen, wenn Prüflinge mit gleitmittelfreien Wicklungen mit Prüflingen verglichen werden, welche mit Gleitmittel versehene Wicklungen aufweisen. Ein zusätzlicher Arbeitsgang zur 30 Entfernung der Gleitmittel vor dem Tränk- bzw. Tauchprozess, womit die obengenannten Schwierigkeiten beseitigt werden könnten, ist bei Grossserien wirtschaftlich nicht tragbar.