CH637326A5 - Laminated moulding for the insulation, subject to high mechanical and electrical loads, of electrical machines and apparatus - Google Patents

Laminated moulding for the insulation, subject to high mechanical and electrical loads, of electrical machines and apparatus Download PDF

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Description

Die Erfindung betrifft einen Schichtpressstoff-Formteil gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to a laminate molding according to the preamble of claim 1.

Bei elektrisch isolierenden Schichtpressstoff-Formteilen ist es üblich, einen glasfaserverstärkten, mechanisch festen, aus mehreren Trägerstoffbahnen bestehenden Kern vorzusehen, und zum Schutz gegen aggressive Medien, beispielsweise gegen glasangreifende Spaltprodukte von SF6-Isolie-rungen, zur Verbesserung der dielektrischen Eigenschaften, zur Erzielung glatter Oberflächen und/oder zur Gewichtsverminderung beidseitig mit siliziumfreien Deckstoffbahnen aus Polyesterfasern abzudecken. In the case of electrically insulating laminate molded parts, it is customary to provide a glass fiber-reinforced, mechanically strong core consisting of a plurality of carrier webs, and to protect against aggressive media, for example against glass-attacking fission products of SF6 insulation, to improve the dielectric properties, to achieve smoother Cover surfaces and / or to reduce weight on both sides with silicon-free polyester fiber cover sheets.

Bei derartig aufgebauten Schichtpressstoff-Formteilen treten jedoch verschiedene Mängel auf, die insbesondere bei höheren thermischen und gleichzeitig mechanischen Wechselbelastungen auf die gegenüber dem Kern aus glasfaserverstärkten Trägerstoffbahnen mehr als doppelte Längenausdehnung der siliziumfreien Deckstoffbahnen zurückzuführen sind. In den Grenzflächen zwischen dem Kern und den Deckschutzbahnen kann es zur Trennung der Lagen kommen, was zu einem Funktionsversagen des ganzen Bauteiles führen kann. However, various defects occur in laminate molded parts constructed in this way, which can be attributed in particular to higher thermal and, at the same time, mechanical alternating loads to the fact that the length of the silicon-free covering material sheets is more than twice the length of the core made of glass fiber-reinforced carrier material sheets. The layers can separate in the interfaces between the core and the protective cover sheets, which can lead to functional failure of the entire component.

Es ist Aufgabe der Erfindung, Schichtpressstoff-Formteile zu schaffen, welche die Nachteile des Bekannten nicht aufweisen, insbesondere soll ein homogener Schichtpressstoff-Formteil mit guten physikalischen Eigenschaften geschaffen werden, um Schwachstellen zwischen den glasfaserverstärkten Trägerstoffbahnen und den Deckschutzstoffbahnen zu vermeiden. It is an object of the invention to provide laminated molded parts which do not have the disadvantages of the known, in particular a homogeneous laminated molded part with good physical properties is to be created in order to avoid weak points between the glass fiber-reinforced carrier webs and the protective cover webs.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausbildungen des Erfindungsgegenstandes sind in den abhängigen Ansprüchen 2-7 definiert und werden anschliessend erläutert. The above object is achieved according to the invention by the characterizing features of claim 1. Further developments of the subject matter of the invention are defined in the dependent claims 2-7 and are subsequently explained.

Durch die Anordnung der Schutzstoffbahnen und der glasfaserverstärkten Trägerstoffbahnen mit verschiedenen physikalischen Eigenschaften entsteht ein besonders homogener Werstoff mit einer etwa gleichen Längenausdehnung, so dass die Gefahr einer Trennung der einzelnen Lagen, insbesondere in den Grenzflächen, -vermieden werden kann. The arrangement of the protective material webs and the glass fiber reinforced carrier material webs with different physical properties creates a particularly homogeneous material with approximately the same length, so that the risk of separation of the individual layers, in particular in the interfaces, can be avoided.

Bei den Trägerstoffbahnen aus Mischgewebe können die physikalischen Eigenschaften weiter stabilisiert werden, indem über den ganzen Querschnitt des Schichtpressstoff-Formteiles, die aus siliziumfreien Fasern und aus Glasfasern bestehenden Trägerstoffbahnen Lage für Lage aneinander zu liegen kommen, wodurch die Verbindung dieser Trägerstoffbahnen miteinander weiter verbessert werden kann. The physical properties of the carrier webs made of blended fabrics can be further stabilized by layer by layer over the entire cross-section of the laminate molded part, the carrier webs consisting of silicon-free fibers and glass fibers, so that the connection between these carrier webs can be further improved .

Ein weiterer Vorteil, der sowohl der alternierenden Anordnung der siliziumfreien Schutzstoffbahnen und der glasfaserverstärkten Trägerstoffbahnen als auch dem Mate-rialaufbau aus siliziumfreien/Glasfasern-Mischgewebe gemeinsam ist, ist die Verbesserung der dielektrischen Eigenschaften durch die gleichmässige Anordnung der siliziumfreien Faseranteile über den gesamten Querschnitt des Schichtpressstoff-Formteiles. Another advantage that is common to both the alternating arrangement of the silicon-free protective material webs and the glass fiber-reinforced carrier material webs and the material structure made of silicon-free / glass fiber mixed fabric is the improvement of the dielectric properties by the uniform arrangement of the silicon-free fiber parts over the entire cross-section of the laminate Molded part.

Die Rissanfälligkeit des erfindungsgemässen Schicht-pressstoff-Formteiles kann wesentlich verringert werden, da die über den gesamten Querschnitt des Formteiles angeordneten siliziumfreien Schutzstoffbahnen bzw. die siliziumfreien Faseranteile des Mischgewebes zwischen den glasfaserverstärkten Trägerstoffbahnen oder im Mischgewebe als elastische Zwischenlage wirken und eine Weiterleitung eventueller Risse verhindern können. The susceptibility of the laminate molded part according to the invention to cracks can be significantly reduced, since the silicon-free protective material webs arranged over the entire cross section of the molded part or the silicon-free fiber parts of the mixed fabric act as an elastic intermediate layer between the glass fiber-reinforced carrier fabric webs or in the mixed fabric and can prevent any cracks from being transmitted .

Durch den erfindungsgemässen Aufbau des siliziumfreien und glasfaserverstärkten Anteiles im Schichtpressstoff-Formteil wird eine weitere Verbesserung der Imprägnierbar-keit des Formteiles erreicht, da die langsamer imprägnierbaren Schutzstoffbahnen bzw. die siliziumfreien Anteile des Mischgewebes durch die gut imprägnierbaren glasfaserverstärkten Trägerstoffbahnen bzw. durch den Glasfaser-Anteil des Mischgewebes kompensiert werden kann. The inventive construction of the silicon-free and glass fiber-reinforced portion in the laminate molded part further improves the impregnability of the molded part, since the more slowly impregnable protective material webs or the silicon-free portions of the mixed fabric through the easily impregnable glass fiber-reinforced carrier material webs or through the glass fiber portion of the blended fabric can be compensated.

Für thermisch und mechanisch hochbeanspruchte Wechselbelastungen eines Schichtpressstoff-Formteiles, beispielsweise für besonders in Schussrichtung des Gewebes und auf Torsion beanspruchte elektrische Schaltstangen, können mit Vorteil 100% Glasfaser-Schussfaden verwendet werden, wobei auch in der Kettrichtung des Gewebes etwa 50%iger Glasfaser-Anteil beibehalten werden kann, um neben den verbesserten dielektrischen Eigenschaften auch eine ausreichende Torsionsfestigkeit des Formteiles zu erhalten. For thermally and mechanically highly stressed alternating loads on a laminate molded part, for example for electrical shift rods that are particularly stressed in the weft direction and torsion, 100% glass fiber weft thread can advantageously be used, with about 50% glass fiber content also in the warp direction of the fabric can be maintained in order to obtain adequate torsional strength of the molded part in addition to the improved dielectric properties.

Je nach Art des Schichtpressstoff-Formteils werden die einzelnen Trägerstoffbahnen-Abschnitte gelegt, oder die endlosen Trägerstoffbahnen, beispielsweise bei einem Schichtpressstoff-Rohr, gewickelt. Depending on the type of laminate molding, the individual carrier web sections are laid, or the endless carrier webs are wound, for example in the case of a laminate tube.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des erfindungsgemässen Schichtpressstoff-Aufbaues einfachkeitshal-ber bezogen auf eine Schichtpressstoff-Platte perspektivisch dargestellt. In the drawing, exemplary embodiments of the laminate structure according to the invention are shown in perspective for the sake of simplicity with reference to a laminate plate.

2 2nd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

Es zeigen: Show it:

Fig. 1 einen Querschnitt einer zum Stand der Technik zu zählenden Schichtpressstoff-Platte, 1 shows a cross section of a laminate sheet to be counted among the prior art,

Fig. 2 einen Querschnitt einer ersten beispielsweisen Ausführungsform der Erfindung und Fig. 2 shows a cross section of a first exemplary embodiment of the invention and

Fig. 3 einen Querschnitt einer zweiten beispielsweisen Ausführungsform der Erfindung. Fig. 3 shows a cross section of a second exemplary embodiment of the invention.

Die Anzahl der dargestellten Schutzstoffbahnen und der Trägerstoffbahnen ist in den Fig. 1-3 der Übersichtlichkeit halber reduziert worden. The number of protective material webs and the carrier material webs shown has been reduced in FIGS. 1-3 for the sake of clarity.

Bei einer bekannten, zum Stand der Technik zu zählenden Schichtpressstoff-Platte 1 gemäss Fig. 1, mit einem aus mehreren, beispielsweise vierundzwanzig Lagen 51 von Trägerstoffbahnen bestehenden Kern 5, der beidseitig mit siliziumfreien, vorzugsweise Polyester-Schutzstoffbahnen 4, beispielsweise mit je sieben Lagen, gegen aggressive Medien und zur Verbesserung der dielektrischen Eigenschaften abgedeckt ist, entstehen in den Grenzflächen 71 zwischen den Polyester-Schutzstoffbahnen 4 und dem glasfaserverstärktem Kern aus Trägerstoffbahnen Schwachstellen, die auf die unterschiedliche physikalische Eigenschaften dieser Schutzstoffbahnen bzw. Trägerstoffbahnen 4 bzw. 5 zurückzuführen sind. Der Ausdehnungskoeffizient (in Längsrichtung) a der Polyester-Schutzstoffbahnen 4 beträgt 35 • 10"6 mm/mm °C gegenüber 15 • 10" 6 mm/mm °C einem Kern 5 aus glasfaserverstärkten Trägerstoffbahnen und ist somit etwa doppelt so hoch. Die Spaltkraft bei einer Polyester-Schichtpress-stoff-Lage beträgt 2100 N und bei einer Glasgewebe-Schicht-pressstoff-Lage 3500 N, wobei der Wert der Polyester-Lage ungünstig tiefliegt. Die relative Dielektrizitätszahl sr = 4,0 bei 90 °C; der Elastizitätsmodul E = 6800 N/mm2. 1, with a core 5 consisting of several, for example twenty-four layers 51 of carrier webs, which on both sides with silicon-free, preferably polyester protective material webs 4, for example with seven layers each , against aggressive media and to improve the dielectric properties, weak points arise in the interfaces 71 between the polyester protective material webs 4 and the glass fiber-reinforced core made of carrier material webs, which are due to the different physical properties of these protective material webs or carrier material webs 4 and 5. The coefficient of expansion (in the longitudinal direction) a of the polyester protective material webs 4 is 35 • 10 "6 mm / mm ° C compared to 15 • 10" 6 mm / mm ° C a core 5 made of glass fiber reinforced carrier material webs and is thus about twice as high. The splitting force for a layer of polyester laminate is 2100 N and for a layer of glass fabric laminate 3500 N, the value of the polyester layer being unfavorably low. The relative dielectric constant sr = 4.0 at 90 ° C; the modulus of elasticity E = 6800 N / mm2.

Bei einem Ausführungsbeispiel einer Schichtpressstoff-Platte 2 mit alternierend angeordneten siliziumfreien, bei- In one embodiment of a laminate 2 with alternating silicon-free,

3 637 326 3,637,326

spielsweise neunzehn Schutzstoffbahnen 41 und achtzehn glasfaserverstärkten mechanisch festen Trägerstoffbahnen 51 gemäss Fig. 2 entsteht eine Vielzahl von Grenzflächen 72, deren Belastbarkeit bei gleicher Belastung gegenüber der 5 Ausführung gemäss dem Stand der Technik wesentlich erhöht werden kann. Dieser homogenere Werkstoff weist über den gesamten Querschnitt des Formteiles einen Ausdehnungskoeffizienten a von 20 • 10"6 mm/mm °C auf. Die Spaltkraft über den Gesamtquerschnitt des Formteiles 2 io konnte gegenüber 100%igen Polyester-Schutzstoffbahnen mit 2100 N dadurch auf 2900 N wesentlich erhöht werden, wogegen eine Herabsetzung gegenüber den 100%igen Glasfaser-Trägerstoffbahnen 51 mit 3500 N keine Nachteile nach sich ziehen kann, da dieser Wert wegen des minimalen Werls tes von 2100 N der Polyester-Schutzstoffbahnen praktisch nicht ausgenützt werden kann. Bei den vorliegenden alternierend angeordneten Schutzstoffbahnen 41 und Trägerstoffbahnen 51 wird jeweils die erste und letzte Lage durch je eine Polyester-Schutzstoffbahn 41 gebildet, bzw. bei gewik-20 kelten (nicht dargestellten Schichtpressstoff-Rohren) durch die erste und letzte Wickellage. Die relative Dielektrizitätszahl er beträgt 3,9; der Elastizitätsmodul E = 8200 N/mm2 ist gegenüber der Platte 1 gemäss Fig. 1 wesentlich verbessert. for example, nineteen protective material webs 41 and eighteen glass fiber-reinforced mechanically strong carrier material webs 51 according to FIG. 2, a multiplicity of interfaces 72 are created, the load capacity of which can be increased significantly with the same load compared to the 5 embodiment according to the prior art. This more homogeneous material has an expansion coefficient a of 20 • 10 "6 mm / mm ° C over the entire cross-section of the molded part. The splitting force over the total cross-section of the molded part 2 io was thus 2100 N compared to 100% polyester protective material webs can be significantly increased, whereas a reduction compared to the 100% glass fiber carrier webs 51 with 3500 N can have no disadvantages, since this value can practically not be used due to the minimum value of 2100 N of the polyester protective webs alternately arranged protective material webs 41 and carrier material webs 51, the first and last layers are each formed by a polyester protective material web 41, or, in the case of coiled (laminate pipes, not shown), by the first and last winding layers. The relative dielectric constant is 3 , 9; the modulus of elasticity E = 8200 N / mm 2 is essential compared to plate 1 according to FIG. 1 i improved.

25 Bei der Schichtpressstoff-Platte 3 nach Fig. 3 ist eine Vielzahl, beispielsweise fünfundreissig Trägerstoffbahnen 61 eines 50/50%igen Polyester-/Glas-Mischgewebes vorgesehen, die nach aussen durch vorzugsweise je eine Polyester-Schutzstoffbahn 41 gegen aggressive Medien abgedeckt ist. 30 Der Längenausdehnungskoeffizient, die Spaltkraft und das Elastizitätsmodul E im Biegeversuch liegen etwa gleich wie bei der Schichtpressstoff-Platte 2. Die relative Dielektrizitätszahl beträgt sr = 3,8. 3, a plurality, for example thirty-five carrier webs 61 of a 50/50% polyester / glass blended fabric is provided, which is covered externally by preferably one polyester protective material web 41 each against aggressive media. 30 The coefficient of linear expansion, the splitting force and the modulus of elasticity E in the bending test are approximately the same as for the laminate plate 2. The relative dielectric constant is sr = 3.8.

s s

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims (7)

637 326 PATENTANSPRÜCHE637 326 PATENT CLAIMS 1. Schichtpressstoff-Formteil für mechanisch und elektrisch hochbeanspruchte Isolationen elektrischer Maschinen und Apparate, insbesondere für die Schwefelhexafluorid-Iso-liertechnik, bestehend aus mit Kunstharz behandelten glasfaserverstärkten Trägerstoffbahnen, die mit siliziumfreien Schutzbahnen gegen aggressive glasangreifende Medien und zur Verbesserung der dielektrischen Eigenschaften abgedeckt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die glasfaserverstärkten Trägerstoffbahnen (51 bzw. 6,61) und die siliziumfreien Schutzstoffbahnen (41) so angeordnet sind, dass der gesamte Querschnitt des Schichtpressstoff-Formteiles (2,3) einen in etwa über die ganze Längenausdehnung des Schichtpressstoff-Formteiles (2, 3) gleichen Ausdehnungskoeffizienten (a) aufweist. 1. Laminate molding for mechanically and electrically highly stressed insulation of electrical machines and apparatus, in particular for sulfur hexafluoride insulation technology, consisting of glass fiber-reinforced carrier webs treated with synthetic resin, which are covered with silicon-free protective webs against aggressive glass-attacking media and to improve the dielectric properties, characterized in that the glass fiber reinforced carrier webs (51 and 6, 61) and the silicon-free protective material webs (41) are arranged in such a way that the entire cross section of the laminate molded part (2, 3) is approximately the entire length of the laminated molded part (2, 3) has the same coefficient of expansion (a). 2. Schichtpressstoff-Formteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die siliziumfreien Schutzbahnen (41) und die glasfaserverstärkten Trägerstoffbahnen (51) alternierend angeordnet sind. 2. Laminate molding according to claim 1, characterized in that the silicon-free protective sheets (41) and the glass fiber reinforced carrier sheets (51) are arranged alternately. 3. Schichtpressstoff-Formteil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die äussere Abdek-kung des Schichtpressstoff-Formteiles (2, 3) aus mindestens einer siliziumfreien Schutzstoffbahn (41) besteht. 3. Laminate molding according to one of claims 1 or 2, characterized in that the outer cover of the laminate molding (2, 3) consists of at least one silicon-free protective material web (41). 4. Schichtpressstoff-Formteil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die siliziumfreien Schutzstoffbahnen (41) aus Fasern eines gesättigten Polyesters bestehen. 4. Laminate molding according to claim 3, characterized in that the silicon-free protective material webs (41) consist of fibers of a saturated polyester. 5. Schichtpressstoff-Formteil nach Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die siliziumfreien Schutzstoffbahnen (41) und die Trägerstoffbahnen (51 bzw. 6, 61) aus Flächengebilden, insbesondere aus Geweben, Vliesstoffen und/oder Matten, bestehen. 5. Laminate molding according to claims 2 and 4, characterized in that the silicon-free protective material webs (41) and the carrier material webs (51 and 6, 61) consist of flat structures, in particular of fabrics, nonwovens and / or mats. 6. Schichtpressstoff-Formteil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die glasfaserverstärkten Trägerstoffbahnen (6, 61) aus Mischgewebe bestehen, wobei die Kettfäden und/oder die Schussfaden des Mischgewebes sowohl einen siliziumfreien Faseranteil als auch einen Glasfaseranteil aufweisen. 6. Laminate molding according to claim 5, characterized in that the glass fiber reinforced carrier webs (6, 61) consist of mixed fabric, the warp threads and / or the weft threads of the mixed fabric having both a silicon-free fiber component and a glass fiber component. 7. Schichtpressstoff-Formteil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kettfäden einen 50/50%igen Anteil an Polyester-/Glas-Fasern und die Schussfäden einen 100%igen Anteil an Glasfasern aufweisen. 7. Laminate molding according to claim 6, characterized in that the warp threads have a 50/50% share of polyester / glass fibers and the weft threads have a 100% share of glass fibers.
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