CH708291A2 - Statorwicklungsanordnung. - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Harzbinder zur Verwendung in einer formaldehydemissionsfreien Statorisolation. Der Harzbinder enthält ein Epoxyharz, einen Katalysator und ein Polymermaterial. Das Polymermaterial weist Hydroxylendgruppen auf. Der Harzbinder wird in einem Glimmerband für eine Bodenwandisolation für Statorwicklungen eingesetzt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren (100) zur Herstellung eines Harzbinders, welches aus den Schritten – Mischen eines Epoxyharzes (110), – Auflösen eines Polymers in dem Epoxyharz (120) – Hinzugeben eines Katalysators (130) besteht. Ebenso betrifft die Erfindung ein Isolierband für eine Statorbodenwand.

Description

Gebiet der Erfindung

[0001] Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Statorwicklungsanordnung einer elektrischen Maschine und mehr im Besonderen auf Harzzusammensetzungen ohne Formaldehydemission, die auf eine Statorwicklungsanordnung einer elektrischen Maschine aufgebracht sein können.

Hintergrund zu der Erfindung

[0002] In der heutigen Herstellungsumgebung gibt es einen Trend hin zu zunehmendem Umweltbewusstsein. So werden, z.B., aufgrund kürzlicher Umweltgesetze bleihaltige Farbe und Asbest enthaltende Gebäude schrittweise ausrangiert. Weiter stand Formaldehyd bei kürzlichen Trends hinsichtlich legaler Einschränkungen im Brennpunkt. Gegenwärtige Beschränkungen hinsichtlich Formaldehyd und Formaldehydemissionen variieren von Gebiet zu Gebiet, doch liegen typische Beschränkungen in einigen europäischen Ländern und in den Vereinigten Staaten im Bereich von 0,5 ppm bis 4,5 ppm.

[0003] Diese Beschränkungen können eine Herausforderung für einige derzeitige elektrische Turbogeneratoren darstellen. In einigen derzeitigen Generatoren kann eine auf Glimmer-Grundlage beruhende Bodenwandisolation zum Isolieren einiger Teile des Generators benutzt werden. Ein Harz auf Glimmer-Grundlage und andere derzeit eingesetzte Isolationssysteme enthalten häufig eine alleinstehende Phenol/Novolak-Harz-komponente. Diese nicht epoxidierte Phenolharz-Komponente, hergestellt durch die Umsetzung von Phenol und seiner Derivate mit Formaldehyd, enthält typischerweise etwa 0,001 bis 0,01 Gew.-% (100 ppm bis 1.000 ppm) an Formaldehydrest, was einem Rest von etwa 0, 00008%-0, 0008% in dem Harzsystem, das in Generatorstatoren oder grossen Motoren eingesetzt wird, oder 0,8 ppm bis 8 ppm Formaldehyd innerhalb des Systems entspricht. Während dies mehr ist als derzeitige Beschränkungen, könnte angenommen werden, dass ein gewisses Niveau oder möglicherweise alles von dem Formaldehyd während der Hochtemperatur-Vakuum- und Härtungszyklen ebenso wie der Statorwicklungs-Härtungszyklen entfernt wird. Es ist jedoch bekannt, dass während des Generatorbetriebes ein thermisches und elektrisches Altern von Isolationssystemen auftritt. Eine flüchtige Formaldehydemission kann aufgrund des Abbaus von CH2-Bindungen solcher Verbindungen erzeugt werden, die unter Einsatz von Formaldehyd als einer Komponente hergestellt sind. Statorwicklungen und Statorkerne sind die potenzielle Hauptquelle der Emission. Die erzeugten flüchtigen Stoffe, falls vorhanden, sind während des Betriebes innerhalb der Generatoren enthalten, wenn die Maschinen mit Wasserstoff gekühlt werden. Für mit Wasserstoff gekühlte Generatoren besteht das Verfahren zur Handhabung der Formaldehydemission und anderer während des Betriebes erzeugter flüchtiger Materialien, falls solche vorhanden sein können, typischerweise darin, sie vor dem Öffnen der Generatoren sicher aus Dachschornsteinen des Gebäudes auszulassen. Das Verfahren fällt häufig mit den Stufen zum Auslassen von Wasserstoff zusammen. Ein ähnliches Auslassen der potenziellen flüchtigen Materialien wird häufig für luftgekühlte Generatoren angewendet. Flüchtige Formaldehydemission von Hydrogeneratoren ergibt häufig eine stärkere Umweltsicherheits- und Gesundheitsherausforderung für Arbeiter als andere elektrische Maschinen, dank ihrer unabgedichteten Wicklungskonstruktionen. Aufgrund des wachsenden Trends zu Formaldehyd-Restriktionen und der Tatsache, dass alle Arten derzeitiger Generatoren Komponenten enthalten können, die unter Einsatz von Formaldehyd als eines Bestandteils hergestellt sind, erfordert das konventionelle Verfahren des Auslassens potenzieller Formaldehydemission aus dem Gebäude ein innovatives Denken hinsichtlich seiner Verbesserung.

Kurze Beschreibung der Erfindung

[0004] Hierin offenbarte Ausführungsformen der Erfindung können einen Harzbinder zur Verwendung in einer formaldehydemissionsfreien Statorisolation einschliessen, wobei der Harzbinder umfasst: ein Epoxyharz oder eine Kombination von Epoxyharzen mit erwünschter Leistungsfähigkeit, einen Katalysator und ein Polymermaterial, wobei das Polymermaterial Hydroxylendgruppen aufweist.

[0005] In dem vorerwähnten Harzbinder kann das Polymermaterial weiter eine organische Verbindung einschliessen, wobei die organische Verbindung Hydroxylendgruppen aufweist.

[0006] Der Harzbinder irgendeiner oben erwähnten Art kann weiter ein Lösungsmittel umfassen, wobei das Lösungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Methylethylketon (MEK), Butanon, Xylol und hydroxylhaltigen organischen Verbindungen geringen Molekulargewichtes in einer flüssigen Form.

[0007] In dem Harzbinder irgendeiner oben erwähnten Art kann das Epoxyharz ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: DEN 439-Epoxyharz, DEN 438-Epoxyharz, EPON 828-Epoxyharz, EPON 826-Epoxyharz und einer Kombination daraus.

[0008] In dem zuvor erwähnten Harzbinder kann ein Verhältnis der DEN- zu den EPON-Epoxyharzen im Bereich zwischen 3:2 und 3:1 liegen, ein Verhältnis des Epoxyharzes zum Hydroxylendgruppen aufweisenden Polymermaterial kann zwischen 95:5 und 85:15 liegen, und ein Verhältnis des Epoxyharzes zum Katalysator kann zwischen 90:0,05 und 90:0,2 liegen.

[0009] In dem Harzbinder irgendeiner oben erwähnten Art kann das Polymermaterial ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Polymer mit Hydroxylgruppen, einem Vorpolymer und einem Oligomer.

[0010] Im vorerwähnten Harzbinder kann das Polymermaterial ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus Noryl SA90, Nonylphenol, Hydroxylendgruppen aufweisendem Silicon, Brenzcatechin, Tris(2-hydroxyethyl)isocyanurat, Hydroxylendgruppen aufweisendem Silicon, Bisphenol-A und Bisphenol-A-dimer-, -trimer- und -tetramer-Derivaten.

[0011] Ausführungen der Erfindung können auch ein Verfahren zum Herstellen eines Harzbinders zur Verwendung in einer formaldehydemissionsfreien Statorisolation einschliessen, wobei das Verfahren umfasst: Mischen eines Epoxyharzes, Auflösen eines Polymermaterials in dem Epoxyharz, wobei das Polymermaterial Hydroxylendgruppen aufweist, und Hinzugeben eines Katalysators.

[0012] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Verfahren zum Herstellen eines Harzbinders zum Einsatz in formaldehydemissionsfreier Statorisolation: Mischen eines Epoxyharzes, Auflösen eines Polymermaterials in dem Epoxyharz, wobei das Polymermaterial Hydroxylendgruppen aufweist, Auflösen des Polymermaterials in einem Lösungsmittel, Hinzugeben eines Katalysators zu dem Epoxyharz zum Bilden einer homogenen Lösung und Hinzugeben der Katalysator-Epoxyharzlösung zu der Lösung aus gemischtem Epoxyharz und Polymermaterial.

[0013] Bei dem vorerwähnten Verfahren kann das Polymermaterial weiter eine organische Verbindung einschliessen, wobei die organische Verbindung Hydroxylendgruppen oder Hydroxylgruppen aufweist.

[0014] Bei dem Verfahren einer beliebigen oben erwähnten Art kann das Mischen eines Epoxyharzes und das Auflösen des Polymermaterials in dem gemischten Epoxyharz bei einer Temperatur zwischen etwa 70 °C und etwa 130 °C und mehr im Besonderen bei etwa 100 °C bis etwa 130 °C ausgeführt werden.

[0015] Bei dem Verfahren einer beliebigen oben erwähnten Art kann das Polymermaterial in einem Lösungsmittel vorliegen, wobei das Lösungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus MEK, Butanon, Xylol und einer hydroxylhaltigen organischen Verbindung geringen Molekulargewichtes in einer flüssigen Form.

[0016] Das Lösungsmittel und das Polymermaterial können in einem Verhältnis von etwa 1:1 vorliegen.

[0017] Bei dem Verfahren einer beliebigen oben erwähnten Art kann das Auflösen bei einer Temperatur zwischen etwa 50 °C und etwa 70 °C erfolgen.

[0018] Bei dem Verfahren einer beliebigen oben erwähnten Art kann das Epoxyharz ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: DEN 439-Epoxyharz, DEN 438-Epoxyharz, EPON 828-Epoxyharz, EPON 826-Epoxyharz und irgendeiner Kombination davon.

[0019] Bei dem vorerwähnten Verfahren kann ein Verhältnis von DEN- zu den EPON-Epoxyharzen im Bereich zwischen 3:2 und 3:1 liegen, ein Verhältnis des Epoxyharzes zum Hydroxylendgruppen aufweisenden Polymermaterial kann zwischen 95:5 und 85:15 liegen, und ein Verhältnis des Epoxyharzes zum Katalysator kann zwischen 90:0,05 und 90:0,2 liegen.

[0020] Bei dem Verfahren einer beliebigen oben erwähnten Art kann die Hinzugabe bei einer Temperatur zwischen etwa 70 °C und etwa 130 °C, mehr im Besonderen bei etwa 100 °C, erfolgen.

[0021] Bei dem Verfahren einer beliebigen oben erwähnten Art kann das Polymermaterial ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus einem Polymer, einem Vorpolymer und einem Oligo-mer.

[0022] Bei dem oben erwähnten Verfahren kann das Polymermaterial ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: Noryl SA90, Hydroxylendgruppen aufweisendem Silicon, Brenzcatechin, Tris(2-hydroxyethyl)isocyanurat, Hydroxylendgruppen aufweisendem Silicon, Bisphenol-A und Bisphenol-A-dimer-, -trimer-und -tetramer-Derivaten.

[0023] Ausführungen der Erfindung können ferner ein Isolationsband für eine Statorbodenwand einschliessen, wobei das Isolationsband ein Glimmerband und mindestens etwa 25 Gew.-% oder weniger als 12 Gew.-% eines Harzbinders umfasst, der in das Glimmerband eingearbeitet ist.

[0024] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Isolationsband für eine Statorbodenwand ein Glimmerband und mindestens etwa 25 Gew.-% oder weniger als etwa 12 Gew.-% eines Harzbinders, der in das Glimmerband eingearbeitet ist, wobei der Harzbinder umfasst: ein Epoxyharz oder eine Kombination von Epoxyharzen mit erwünschter Leistungsfähigkeit und ein Polymermaterial, wobei das Polymermaterial Hydroxylendgruppen aufweist.

[0025] Bei dem vorerwähnten Isolationsband kann das Glimmerband umfassen: eine Glimmerpapierschicht von etwa 4 mil bis etwa 7 mil, wobei der Harzbinder in die Glimmerpapierschicht eingearbeitet ist, und eine Glasstützschicht von etwa 1 mil bis etwa 3 mil.

[0026] Das Isolationsband irgendeiner oben erwähnten Art kann um mehrere Statorstäbe gewickelt und gehärtet sein.

[0027] Bei dem oben erwähnten Isolationsband kann der Harzbinder nach dem Wickeln des Isolationsbandes um die mehrere Statorstäbe auf das Band aufgebracht werden, wobei, wenn der Harzbinder mindestens 25% ausmacht, das Härten eine Autoklaventechnik einschliesst, und wenn der Harzbinder weniger als etwa 12% ausmacht, das Härten eine Vakuum-Druck-Imprägniertechnik einschliesst.

[0028] Bei dem vorerwähnten Isolationsband kann ein Härtungsprofil für ein Autoklavenverfahren für den Harzbinder einen Vakuumzyklus von 80 °C bis 140 °C für 8 bis 12 Stunden, gefolgt von einem Härtungszyklus bei 160 °C bis 175 °C oder mehr für 10 bis 20 Stunden einschliessen.

[0029] Bei dem Isolationsband irgendeiner oben erwähnten Art können die mehreren Statorstäbe mehrere Statorspulen umfassen, die in einen Statorkern eingeführt sind.

[0030] Ausführungen der Erfindung können ferner einige Motoren einschliessen, bei denen eine Umhüllung aus einer Glimmerisolation auf dem Statorschlitzbereich benutzt wird.

[0031] Ausführungsformen der Erfindung schliessen eine Konstruktion des Überzuges auf der Grundlage des Wesens der Erfindung zum Überziehen der Statorlaminate nicht aus.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

[0032] Diese und andere Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der verschiedenen Aspekte der Erfindung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung besser verstanden, die verschiedene Aspekte der Erfindung wiedergibt. Fig. 1 zeigt ein veranschaulichendes Polymermaterial gemäss einer Ausführungsform der Erfindung. Fig. 2 zeigt ein Fliessdiagram eines Verfahrens gemäss einer Ausführungsform der Erfindung. Fig. 3 zeigt ein veranschaulichendes Isolationsband gemäss einigen Ausführungsformen der Erfindung. Fig. 4a zeigt eine veranschaulichende Statorspule, die in Isolationsband gewickelt ist, gemäss einigen Ausführungsformen der Erfindung. Fig. 4b zeigt eine Querschnittsansicht eines Statorstabes. Fig. 5 zeigt einen veranschaulichenden Statorkern, der eine Statorspule enthält, die in Isolationsband gewickelt ist, gemäss einigen Ausführungsformen der Erfindung.

[0033] Es wird darauf hingewiesen, dass die Zeichnungen nicht massstabgerecht sein können. Die Zeichnungen sollen nur typische Aspekte der Erfindung wiedergeben und sie sollten daher nicht als den Umfang der Erfindung einschränkend angesehen werden. In der Zeichnung repräsentieren gleiche Bezugsziffern gleiche Elemente in den verschiedenen Figuren. Die detaillierte Beschreibung erläutert Ausführungsformen der Erfindung zusammen mit Vorteilen und Merkmalen beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

[0034] Hierin ist ein Harzbinder zur Verwendung in einer Statorisolationsstruktur offenbart. Die Erfinder haben festgestellt, dass ein Harzbinder formuliert werden kann, der formaldehydfrei sein und ein Statorisolationsmaterial erzeugen kann, das ohne Formaldehydemission ist. Gemäss einer Ausführungsform kann der offenbarte Harzbinder mindestens ein Epoxymaterial einschliessen. Das Epoxymaterial kann irgendein bekanntes oder später entwickeltes Epoxyharz oder Epoxyharze einschliessen. Diese Epoxyharze können, z.B. DEN 438-Epoxyharz und/oder DEN 439-Epoxyharz, die Handelsmarken der Dow Chemical Company sind und kommerziell erhältlich sind, sowie EPON 828-Epoxyharz und/oder EPON 826-Epoxyharz einschliessen, die Handelsmarken der Momentive Specialty Chemicals sind und die kommerziell erhältlich sind. Weiter kann der Harzbinder auch einen Katalysator im Harzbinder einschliessen. Der Katalysator kann das Härten oder Aushärten des Epoxyharzes bei einer erwünschten Härtungstemperatur gestatten. Es sind viele Katalysatoren im Stande der Technik bekannt, doch kann der Katalysator, als ein nicht einschränkendes Beispiel, Aluminiumacetylacetonat einschliessen, das von den meisten Chemikalienlieferanten erhältlich ist.

[0035] Der Harzbinder kann ferner ein Polymermaterial einschliessen. Das Polymermaterial kann, gemäss einigen Ausführungsformen, ein Polymer, ein Vorpolymer, ein Oligomer, eine Verbindung geringen Molekulargewichtes oder eine Kombination, einschliessen, die Hydroxylendgruppen aufweist. Einige wirksame Beispiele von Hydroxylendgruppen aufweisenden Polymeren schliessen Polyphenylenether(PPE)-Polymere und -Copolymere, Noryl SA90, Nonylphenol, Bisphenol-A, Bisphenol-A-dimer-, -trimer- und -tetramer-Derivate und Brenzcatechin oder 1,2-Dihydroxybenzol (Brenzcatechin) einschliessen, die alle von Chemikalienlieferanten und Epoxyharzverkäufern erhältlich sind. Bezugnehmend auf Fig. 1 ist ein Vorteil der Hydroxylendgruppen aufweisenden Polymere die einzigartige Sauerstoffbindung, die in dem Hydroxylgruppen aufweisenden telechelen PPE-Vorpolymer gezeigt ist. Das veranschaulichte PPE-Vorpoly-mer ist Noryl SA90, was eine SABIC-Handelsmarke ist und das kommerziell erhältlich ist. In Fig. 1 kann die Y-Gruppe aus -C(CH3)2-, -C(F3)2- oder -O-Gruppen bestehen. Die Werte von m und n können gleich oder verschieden sein. In einer Ausführungsform kann m+n gleich etwa 10 bis 14 sein.

[0036] In jedem Fall kann das eingesetzte Polymermaterial, das das in Fig. 1 veranschaulichte einschliesst, Sauerstoffbindungen zwischen Komponenten einschliessen. Dies kann ein flexibleres und eine hohe Schlagfestigkeit aufweisendes Vernetzen zwischen den Polymeren gestatten. Im Gegensatz dazu haben frühere Versuche ein Phenolharz benutzt, das stattdessen eine Methylenbindung einschliesst, die aus dem Gebrauch von Formaldehyd als einem Bestandteil resultiert. Das Vernetzen des gegenwärtigen Harzbinders ist lückenloser strukturiert und kann so zusätzlich zu den oben aufgeführten Vorteilen eine hohe Wärmebeständigkeit aufrechterhalten. So kann, z.B., die Wärmebeständigkeit mit einem Polymer mit Hydroxylendgruppen etwa 150 °C betragen, gemessen durch die Glasübergangstemperatur (Tg), verglichen mit weniger als etwa 70 °C für ein Phenolharz, wie das Phenol-Novolakharz, das zuvor eingesetzt wurde. Weiter enthält das Phenolharz einen Formaldehydrest, der schwierig vollständig zu entfernen sein kann, obwohl diese anfänglichen Reste während einiger der Wärmezyklen, die benutzt werden bevor das Wickeln oder Aufbringen auf Komponenten ausgeführt wird, schliesslich zumindest teilweise entfernt werden können. Das Hydroxylendgruppen aufweisende PPE, wenn es in Kombination mit anderen Hydroxylendgruppen aufweisenden Vorpolymeren, Oligomeren und Verbindungen geringen Molekulargewichtes eingesetzt wird, hat beginnende Härtungstemperaturen, die für das Härten besser sein können und die weiter auf verschiedene Härtungsprofile eingestellt werden können, die in Herstellungsverfahren, wie einem Autoklaven, benutzt werden. Diese Verfahren schliessen ein Vakuum-Druck-Imprägnierungsverfahren nicht aus, bei dem Härtungszeit und Temperaturprofil eine Herausforderung hinsichtlich der Veränderung darstellen können. Die Wärmewiderstands-Charakteristika des Harzbinders, gemessen durch die Glasübergangstemperatur gehärteter Harze, können hinsichtlich erwünschter Wärmebeständigkeit modifiziert werden.

[0037] Der Harzbinder kann weiter ein Lösungsmittel oder andere oben offenbarte flüssige Verbindungen geringen Molekulargewichtes mit Hydroxylendgruppen oder Hydroxylgruppen enthalten, um (1) die Viskosität des Harzes oder der Harzkomponente hinsichtlich eines günstigen Harzherstellungsverfahrens zu verringern oder (2) die Härtungskinetik, hauptsächlich die beginnende Härtungstemperatur auf irgendeinen erwünschten Temperaturbereich einzustellen, um sie an verschiedene Härtungsprofile anzupassen. In einigen Ausführungsformen kann das Lösungsmittel Methylethylketon (MEK), Butanon und Xylol, als einige nicht einschränkende Beispiele, einschliessen. In einigen Ausführungsformen kann das Lösungsmittel das Polymermaterial in einer Lösung gelöst aufweisen.

[0038] In Fig. 2 ist ein Verfahren zum Herstellen des Harzbinders offenbart. In einer Ausführungsform schliesst das Verfahren 100 einen Schritt 110 des Mischens eines Epoxyharzes ein. In einigen Ausführungsformen kann mehr als ein einziges Epoxyharz zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit eingesetzt werden, und diese Epoxyharze würden im Schritt 110 miteinander vermischt werden. Die Epoxyharze können das oben offenbarte DEN 439- oder DEN 438-Epoxyharz und EPON 828- oder EPON 826-Epoxyharz einschliessen. Das Mischen gemäss dem Schritt 110 kann bei einer Temperatur zwischen etwa 70 °C und etwa 100 °C ausgeführt werden. Die Temperatur des Mischschritts kann in Abhängigkeit von dem speziellen eingesetzten Epoxyharz variieren.

[0039] Im Schritt 120 kann ein Polymermaterial, das irgendeines der oben offenbarten Polymermaterialien einschliessen kann, in dem Epoxyharz, das im Schritt 110 gemischt wurde, bei einer Temperatur zwischen 100 °C und etwa 130 °C gelöst werden. Dies kann in einigen Ausführungsformen kurz nach oder während des Mischens des Epoxyharzes im Schritt 110 ausgeführt werden. In einer alternativen Ausführungsform kann dies in Gegenwart des Lösungsmittels und/oder der flüssigen Hydroxylendgruppen oder Hydroxylgruppen enthaltenden Verbindungen geringen Molekulargewichtes ausgeführt werden, die oben offenbart sind, um die Viskosität zu verringern. In einigen Fällen werden das Lösungsmittel und das Polymermaterial in einem Verhältnis von etwa 1:1 vor dem Auflösen in dem Epoxyharz kombiniert. In einigen Fällen, wenn das flüssige Nonylphenyl vorhanden ist, kann eine geringere Menge des Lösungsmittels benutzt werden. In einigen anderen Fällen, wenn festes Bisphenol-A oder Brenzcatechin vorhanden ist, kann das Verhältnis von Lösungsmittel zu Hydroxylendgruppen aufweisendem Polymer auf bis zu 60:40 erhöht werden. 100% flüssige Hydroxylgruppen enthaltende Verbindungen geringen Molekulargewichtes sind nicht vorgesehen oder erwünscht, um die phenolische Harzkomponente zu ersetzen, da (1) das hergestellte resultierende Glimmerband «klebrig» sein kann, wenn man es auf Roebelled-Stäbe aufbringt oder (2) sie durch Vakuum während des Vakuumzyklus aus dem gewickelten Statorstab entfernt werden können, so dass der beschleunigende Faktor bei der Härtungskinetik verlorengeht. Die flüssigen hydroxylgruppenhaltigen Verbindungen geringen Molekulargewichtes können immer in Gegenwart des Hydroxylendgruppen/Hydroxylgruppen aufweisenden Polymermaterials eingesetzt werden, um die Härtungskinetik oder die Harzviskosität einzustellen. Das ungelöste Polymermaterial kann die Härtungseigenschaften des Epoxyharzes des Harzbinders beeinflussen. So kann der Harzbinder, z.B., nicht richtig härten oder die gleiche Wärmebeständigkeit aufweisen, wenn ungelöstes Polymer vorhanden ist. Das Auflösen nach Schritt 120 kann bei einer Temperatur zwischen etwa 50°C und etwa 70°C ausgeführt werden. Die Auflösung von Phenolharz in einem Lösungsmittel erfordert keine oder eine geringe Erwärmung über Nacht.

[0040] Im Schritt 130 kann der Katalysator zu der Mischung aus Epoxyharz und Polymermaterial hinzugegeben werden. Der Katalysator kann zu einem der Epoxyharze, z.B. zu EPON 828, in erwünschten Verhältnissen bei der Temperatur von etwa 100 °C hinzugegeben werden, um eine homogene Lösung in grösserer Menge für mehrere Einsätze herzustellen. In einer Ausführungsform wird die Katalysator-EPON-Lösung mit dem errechneten Verhältnis und der errechneten Menge zu einer viskosen Lösung von Epoxyharzen und Hydroxylendgruppen aufweisendem Material in einem abschliessenden Schritt bei einer Temperatur zwischen etwa 70 °C und etwa 130 °C zugegeben. In einer Ausführungsform kann die Zugabe im Schritt 130 bei etwa 100 °C ausgeführt werden. Es sollte klar sein, dass jedes der in den Verfahrensschritten offenbarten Materialien irgendeines der oben mit Bezug auf den Harzbinder beschriebenen Materialien umfassen kann.

[0041] Während der Schritt 130 zur Herstellung des Harzbinders für die Anwendung eines Autoklavenverfahrens zum Herstellen von Statorkomponenten geeignet ist, ist es Fachleuten in der Technik bekannt, dass im Schritt 130 der Katalysator oder Beschleuniger zurückgehalten werden kann, so dass kein Katalysator in die Harzmasse gegeben wird. So kann, z.B., in einem Vakuum-Druck-Imprägnierungsverfahren der Katalysator oder Beschleuniger auf das Glimmerband gegeben werden, das eine minimale Harzmenge enthalten kann, um das Glimmerpapier zusammenzubinden. Die in einem Tank gelagerte Harzmasse kann in die Schlitze von Statoren zum Härten bei einer gewissen hohen Temperatur eingeführt werden, wenn sich der Harzfluss in Kontakt mit katalysatorreichem Glimmerband befindet, das auf die Statorwicklungsspulen eines grossen Motors oder Generators gewickelt ist. Die Lagerzeit der Harzbindermasse im Tank ist verlängert.

[0042] In einer Ausführungsform wurde das formaldehydhaltige Phenolharz vollständig durch ein Hydroxylendgruppen aufweisendes Polymermaterial oder in Kombination mit einer Hydroxylendgruppen aufweisenden organischen Verbindung ersetzt. Die Konzentrationen jeder Komponente können variiert werden, um den endgültigen Harzbinder zu erzielen, der an variierende Härtungsprofile und -verfahren angepasst ist.

[0043] In einer anderen Ausführungsform ist Phenolharz durch eine Kombination von Hydroxylendgruppen aufweisendem Polymermaterial oder Harz oder Oligomer und organischen. Verbindungen ersetzt, wie, darauf jedoch nicht beschränkt, Brenzcatechin und sein Derivat (z.B. Dihydroxy-a-methylstilben), Nonylphenol, XIAMETER PMX-0156 und Tris(2-hydroxyethyl)isocyanurat.

[0044] In noch einer anderen Ausführungsform kann Diorganopolysiloxan-Vorpolymer zum Ersatz der Phenolharzkomponente eingesetzt werden, die häufig für Generator-Isolationssysteme benutzt wird. Diese sind erhältlich von Dow Corning. XIAMETER PMX-0156 ist eines solcher Beispiele. Diorganopolysiloxan ist eine Flüssigkeit oder ein Gummi mit einer Viskosität von mindestens 10 Pas bei 25°C, das Silanolendgruppen (d.h., -SiOH) aufweist. Die an Silicium gebundenen organischen Gruppen der Komponente können unabhängig aus Kohlenwasserstoffgruppen ausgewählt sein. Spezifische Beispiele dafür können Alkylgruppen mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, wie Methyl, Ethyl, Propyl, Butyl, Pentyl und Hexyl; Cycloalkylgruppen, wie Cyclohexyl und Cycloheptyl; Alkenylgruppen mit 2 bis 20 Kohlenstoff atomen, wie Vinyl, Allyl und Hexenyl; Arylgruppen mit 6 bis 12 Kohlenstoff atomen, wie Phenyl, Tolyl und Xylyl; Aralkylgruppen mit 7 bis 20 Kohlenstoffatomen, wie Benzyl und Phenetyl; und halogenierte Alkylgruppen mit 1 bis 20 Kohlenstoff atomen sein. Diese Gruppen sind derart ausgewählt, dass das Diorganopolysiloxan eine Glasübergangstemperatur (oder einen Schmelzpunkt) unterhalb der Raumtemperatur aufweist und ein Elastomer bildet, wenn es gehärtet wird. Methyl kann bis zu 85 oder sogar mindestens 90 Mol-% der an Silicium gebundenen organischen Gruppen ausmachen. Das Hydroxylendgruppen aufweisende Polymermaterial kann auch Hydroxylendgruppen aufweisendes Polyester und Hydroxylendgruppen aufweisendes Polyisobutylen einschliessen, wie durch das US-Patent 4 429 099 gelehrt.

[0045] Tabelle 1 veranschaulicht einen Vergleich zwischen einem Beispiel des Polymermaterials gemäss der vorliegenden Erfindung und den Phenol- und Novolakharzen früherer Materialien.

TABELLE 1 Molekulare Charakteristika von Hydroxylendgruppen aufweisendem Polymer und organischen Verbindungen

[0046]

[0047] Wie aus Tabelle 1 deutlich wird, kann das Polymermaterial gemäss vorliegenden Ausführungsformen ein sehr viel höheres Hydroxyl-Äquivalentgewicht gegenüber früheren Harzen aufweisen. Weiter kann, wenn es eine Notwendigkeit gibt, das Hydroxyl-Äquivalentgewicht der neuen Komponente an das des Phenolharzes anzupassen, wenn das Anpassen an existierende Härtungsprofile oder -prozesse erwünscht ist, dies durch Vermischen des Polymermaterials mit anderem Material geringen Hydroxyläquivalentgewichtes, wie Brenzcatechin oder Bisphenol A oder Nonylphenyl usw., erzielt werden. So resultiert, z.B., ein Irl-Verhältnis von Brenzcatechin zum Polymermaterial in MEK oder Xylol in einem Hydroxyläquivalentgewicht von 432, was im Bereich von Phenolharz liegt. In einigen Ausführungsformen kann trotzdem noch mehr Polymermaterial eingesetzt werden, da dies die mechanischen und thermischen Eigenschaften verbessern kann. Zusätzliches Polymermaterial kann die Wärmebeständigkeit erhöhen, die thermischen Eigenschaften verbessern und den Verlust an Material unter Erhitzen vermindern ebenso wie ein festeres Harz erzeugen, was die mechanischen Eigenschaften verstärkt. Diese verbesserten mechanischen und thermischen Eigenschaften können einem stärkeren Vernetzen zwischen Polymermolekülen durch Erhöhen des Polymermaterials zuzuschreiben sein. Es ist auch aus Tabelle 1 ersichtlich, dass die Glasübergangstemperatur und somit die Wärmebeständigkeit in dem polymeren Material höher ist. In der Praxis wird das Polymermaterial bis zu seiner löslichen Menge in dem vorgesehenen Verhältnis von DEN-Epoxyharz und EPON-Epoxyharz hinzugegeben.

[0048] Beim Einsatz als ein Harzbinder für harzreiches Glimmerband für Statorwicklung wird das Autoklavenhärtungsverfahren für die Zusammensetzung in entweder Harzform oder Bandform durch Erhitzen auf etwa 80 °C–140 °C bei einer Rate zwischen etwa 0,14 °C/min bis etwa 0,24 °C/min für eine verlängerte Zeitdauer wie etwa 8–10 Stunden während des Vakuumzyklus erzielt. Die Temperatur wird dann rasch auf etwa 160 °C bis etwa 175 °C für etwa 10 Stunden erhöht, um den Bandbinder fliessen und das Härten stattfinden zu lassen. Der resultierende gehärtete Harzbinder oder das entsprechende Band hat eine Härte von etwa 80 bis etwa 94, gemessen durch Shore D-Härte gemäss ASTM D2244. Die Glasübergangstemperatur (Tg) des resultierenden gehärteten Harzbinders oder Bandes, ein Mass des Grades der Harzhärtung und seiner Wärmebeständigkeit, kann dann im Bereich von etwa 135 °C bis etwa 165 °C liegen.

[0049] Die Tgdes Harzbinders oder Bandes wird weiter auf etwa 180 °C erhöht, wenn höhere Temperaturen sowohl in den Vakuum- als auch den Härtungszyklen angewendet werden. Die endgültige Tgder Zusammensetzung kann in Härtungstests etwa 190 °C erreichen.

[0050] Es ist bekannt, dass dielektrische Eigenschaften, wie ein Verlustfaktor (Df) der Statorwicklung, mit der inneren lokalen Joule-Erwärmung in der Isolationswicklungsmatrix in Verbindung steht. Der höhere Dfresultiert in der höheren lokalen Erhitzung und der höheren Neigung zum lokalen Abbau und zur Mikrofehlerbildung, umso höher ist also die lokale Konzentration der elektrischen Spannung. Df, bestimmt bei hohen Temperaturen, wie 100 °C oder 155 °C (heisser Df), ist ein Mass einer solchen dielektrischen Eigenschaft. Liegt Tgunterhalb eines gewissen Wertes, z.B. unter 110 °C–120 °C, dann steht die geringere Tgin umgekehrter Beziehung mit hohem heissen Df. Vom dielektrischen Standpunkt allein kann Tgdaher vorzugsweise oberhalb 110 °C–120 °C gehalten werden. Mechanische und thermische Eigenschaften fordern trotzdem eine relativ hohe Tg, so ist es z.B. bevorzugt, dass Tggrösser als 130 °C ist.

[0051] Um die Erfindung zu veranschaulichen, sind nachstehend einige Beispiele angegeben, die zeigen, dass ein Harzbinder für eine Statorwicklungs-Bodenwandisolation ohne Formaldehydrest vom Phenolharz hergestellt werden kann, und dass er thermisch stabil ist.

[0052] Beispiel 1: Vergleich: 98,5 g von DEN 439, 46,1 g von EPON 828 und 36 g von 50 gew.-%-iger Phenolharz-MEK-Lösung wurden in einem Glasbehälter vermischt, abgedichtet, mittels Leistungsmagnet gerührt und für 2–4 Stunden auf 100 °C bis 130 °C erhitzt. Die homogene Lösung wurde dann auf 25 °C bis 50 °C abgekühlt. Die Lösung wurde dann für 1–3 Stunden bei 100 °C bis 130 °C mit 20 g von EPON 828-Lösung vermischt, die gelöst 0,5 g des Katalysators Aluminiumacetoacetat enthielt. Man liess die Lösung dann in einem Vakuumofen über Nacht bei 25 °C bis 50 °C abkühlen. Die EPON 828-Katalysatorlösung wurde 2 Stunden lang bei 100 °C in grösserer Menge für mehrere Einsätze hergestellt. Die Lösung aus 50 Gew.-% Phenolharz und 50 Gew.-% MEK oder aus 50 Gew.-% Phenolharz und 50 Gew.-% Xylol wurde über Nacht bei etwa Raumtemperatur oder etwas höher als Raumtemperatur in grösserer Menge für mehrere Einsätze hergestellt. Das resultierende ungehärtete Harz hatte eine Tgzwischen –6 °C und 6 °C, insbesondere 3,8 °C, bestimmt durch DSC (differential Scanning calorimetry bzw. Differenzialthermoanalyse) gemäss ASTM E1356. Die bei 110 °C simulierte Viskosität, einer typischen Vakuumzyklustemperatur für die Autoklavenhärtung, ist etwa 7991 cps unter Benutzung der WLF-Gleichung. Die beginnende Härtungstemperatur (OCT), gemessen durch DSC des resultierenden Harzes, ein Mass der die Härtung auslösende Temperatur, liegt zwischen 185 °C und 200 °C. Die OCT ist sehr wichtig und variiert mit dem Vorhärtungszeit-Temperaturprofil. Der verlängerte Vorhärtungszyklus reduziert die OCT, wie auch ein Vakuumzyklus, dessen Temperatur höher als 110 °C ist. In der Praxis wird die Härtung häufig bei einer Temperatur von 10–20 °C unterhalb der gemessenen OCT eingeleitet. Die Tgdes resultierenden gehärteten Harzes liegt zwischen 150 °C und 190 °C, wenn die Härtungstemperatur bis mehr als 190 °C erhöht werden kann.

[0053] Beispiel 2: 92,5 g von DEN 439, 40, 7 g von EPON 828 und 120 g einer 50-gew.-%-igen SA90 MEK-Lösung wurden in einem Glasbehälter vermischt, abgedichtet, mittels Leistungsmagnet gerührt und für 2–4 Stunden auf 100 °C bis 130 °C erhitzt. Die homogene Lösung wurde dann auf 25 °C–50 °C abgekühlt. Die Lösung wurde dann für 1–3 Stunden bei 70 °C bis 130 °C mit 20 g EPON 828-Lösung, die gelöst 1,0 g des Katalysators Aluminiumacetoacetat enthielt, vermischt. Man liess die Lösung in einem Vakuum bei 25 °C bis 50 °C über Nacht abkühlen. Die EPON 828-Katalysatorlösung wurde für 2 Stunden bei 100 °C in grösserer Menge für mehrere Einsätze hergestellt. Die Lösung aus 50 Gew.-% Noryl SA90 und 50 Gew.-% MEK oder aus 50 Gew.-% Noryl SA90 und 50 Gew.-% Xylol wurde für einigen Stunden bei etwa 50 °C bis etwa 70 °C in grösserer Menge für mehrere Einsätze in einem abgeschlossenen Zustand hergestellt. Das resultierende ungehärtete Harz hat eine Tg= -16,6 °C, bestimmt durch DSC gemäss ASTM E1356. Die bei 110 °C simulierte Viskosität, eine typische Vakuumzyklustemperatur für die Autoklavenhärtung, beträgt etwa 4160 cps unter Anwendung der WLF-Gleichung. Die beginnende Härtungstemperatur (OCT) des resultierenden Harzes, gemessen durch DSC, beträgt etwa 214 °C. Die OCT variiert mit dem Vorhärtungszeit-Temperaturprofil. Die Tgdes resultierenden gehärteten Harzes beträgt 159 °C.

[0054] Beispiel 3: 92,5 g von DEN 439, 40, 7 g von EPON 828 und 60 g einer 50 gew.-%-igen SA90 MEK-Lösung wurden in einem Glasbehälter vermischt, abgedichtet, mittels Leistungsmagnet gerührt und für 2–4 Stunden auf 100 °C bis 130 °C erhitzt. Die homogene Lösung wurde dann auf 25 °C–50 °C abgekühlt. Die Lösung wurde dann für 1–3 Stunden bei 70 °C bis 130 °C mit 20 g von EPON 828-Lösung, die gelöst 1,0 g des Katalysators Aluminiumacetoacetat enthielt, vermischt. Die Lösung liess man sich dann über Nacht in einem Vakuum bei 25 °C bis 50 °C abkühlen. Die EPON 828-Katalysatorlösung wurde für 2 Stunden bei 100 °C in grösserer Menge für mehrere Einsätze hergestellt. Das resultierende ungehärtete Harz hat eine Tg= –12 °C, bestimmt durch DSC gemäss ASTM E1356. Die bei 110 °C simulierte Viskosität, eine typische Vakuumzyklustemperatur für die Autoklavenhärtung, beträgt etwa 4755 cps unter Anwendung der WLF-Gleichung. Die beginnende Härtungstemperatur (OCT) des resultierenden Harzes, gemessen durch DSC, beträgt etwa 230 °C. Die OCT variiert mit dem Vorhärtungszeit-Temperaturprofil. Die Tgdes resultierenden gehärteten Harzes beträgt 164 °C.

[0055] Beispiel 4: 105,1 g von DEN 439, 14,5 g von EPON 828 und 120 g einer 50 gew.-%-igen SA90 MEK-Lösung wurden in einem Glasbehälter vermischt, abgedichtet, mit einem Leistungsmagneten gerührt und für 2–4 Stunden auf 100 °C bis 130 °C erhitzt. Die homogene Lösung wurde dann auf 25 °C–50 °C abgekühlt. Die Lösung wurde dann für 1–3 Stunden bei 70 °C bis 130 °C mit 20 g von EPON 828-Lösung vermischt, die gelöst 0,05 g des Katalysators Aluminiumacetoacetat enthielt. Die Lösung liess man dann über Nacht in einem Vakuum bei 25 °C bis 50 °C abkühlen. Die EPON 828-Katalysatorlösung wurde für 2 Stunden bei 100 °C in grösserer Menge für mehrere Einsätze hergestellt. Das resultierende ungehärtete Harz hat eine Tg= –6,7 °C, bestimmt durch DSC gemäss ASTM E1356. Die bei 110 °C simulierte Viskosität, eine typische Vakuumzyklustemperatur für die Autoklavenhärtung, beträgt etwa 5599 cps unter Anwendung der WLF-Gleichung. Die beginnende Härtungstemperatur (OCT) des resultierenden Harzes, gemessen durch DSC, beträgt etwa 250 °C. Die OCT variiert mit dem Vorhärtungszeit-Temperaturprofil. Die Tgdes resultierenden gehärteten Harzes beträgt 158 °C.

[0056] Beispiel 5: 98,5 g von DEN 439, 46,1 g von EPON 828, 30 g von THEIC [Tris(2-hydroxyethyl)isocyanurat] und 72 g einer 50 gew.-%-igen SA90 MEK-Lösung wurden in einem Glasbehälter vermischt, abgedichtet, mit einem Leistungsmagneten gerührt und für 2–4 Stunden auf 100 °C bis 130 °C erhitzt. Die homogene Lösung wurde dann auf 25 °C–50 °C abgekühlt. Die Lösung wurde dann für 1–3 Stunden bei 70 °C bis 130 °C mit 20 g EPON 828-Lösung vermischt, die gelöst 0,1 g des Katalysators Aluminiumacetoacetat enthielt. Die Lösung liess man dann über Nacht in einem Vakuum bei 25 °C bis 50 °C abkühlen. Die EPON 828-Katalysatorlösung wurde für 2 Stunden bei 100 °C in grösserer Menge für mehrere Einsätze hergestellt. Das resultierende ungehärtete Harz hat eine Tg= –13 °C, bestimmt durch DSC gemäss ASTM E1356. Die bei 110 °C simulierte Viskosität, eine typische Vakuumzyklustemperatur für die Autoklavenhärtung, beträgt etwa 4603 cps unter Anwendung der WLF-Gleichung. Die beginnende Härtungstemperatur (OCT) des resultierenden Harzes, gemessen durch DSC, beträgt etwa 250 °C. Die Tgdes resultierenden gehärteten Harzes beträgt 150 °C.

[0057] Die thermischen Fähigkeiten der Bodenwandisolation für eine Statorwicklung sind wichtig. Die Temperatur, bei der das Harz 5 Gew.-% verliert, beträgt 321 °C, was vergleichbar ist dem Vergleichsharz, dessen mittlere thermische Stabilitäts-Temperatur bei 5 Gew.-% Verlust 322 °C beträgt. Die projizierte Lebensdauer des Vergleichsharzes und der formaldehydfreien Zusammensetzung wird nach einem beschleunigten dynamischen Lebensdauertest unter Benutzung eines thermogravimetrischen Analysiergerätes (TGA) gemäss ASTM E1461 und E1877 verglichen. Das Ende des Lebensdauer-Kriterium ist für Zeck des Vergleichs der Harzbinder nicht das Versagen der glimmerhaltigen Bodenwandisolation von 100–150 mil (1 mil = 25 µm), sondern des reines Harzes, wenn es 5 Gew.-% verliert. Der neue Harzbinder hat eine thermische Lebensdauer von 20 Jahren bei 140 °C, verglichen mit einer mittleren thermischen Lebensdauer des Vergleichsharzbinders, die 20 Jahre bei etwa 135 °C beträgt. Die leichte Zunahme der projizierten thermischen Lebensdauer des neuen Harzbinders kann bedeuten, dass sie mindestens die gleiche sein kann, wie die des Vergleiches, hinsichtlich der thermischen Fähigkeiten, was erwartet wird.

TABELLE 2: Vergleich der thermischen Stabilität von Harzbindern

[0058]

[0059] Bezug nehmend auf Fig. 3 ist in einer weiteren Ausführungsform ein Iso.lationsband 200 für eine Statorbodenwand offenbart. Der oben offenbarte Harzbinder kann in dem Isolationsband 200 eingesetzt werden. Das Isolationsband 200 kann, z.B., als ein nicht einschränkendes Beispiel, ein Glimmerband sein. Das Isolationsband 200 kann mindestens etwa 25 Gew.-% des oben offenbarten Harzbinders enthalten, der in das Isolationsband 200 eingebracht worden ist. In einigen Ausführungsformen kann der Harzbinder in etwa 30 bis etwa 36 Gew.-% enthalten sein. Das mit dieser Harzzusammensetzungs-Konstruktion hergestellte Band ist für ein Autoklavenhärtungsverfahren geeignet.

[0060] Weiter auf Fig. 3 bezugnehmend kann in einer weiteren Ausführungsform der oben offenbarte Harzbinder in dem Isolationsband 200 eingesetzt werden. So kann das Isolationsband 200, als ein nicht einschränkendes Beispiel, ein Glimmerband sein. Das Isolationsband 200 kann etwa nicht mehr als 12 Gew.-% des oben offenbarten Harzbinders einschliessen, der in das Isolationsband 200 eingebracht worden ist. In einigen Ausführungsformen kann der Harzbinder zwischen etwa 8% bis etwa 12% enthalten sein. Das mit dieser Harzzusammensetzungs-Konstruktion hergestellte Band ist für das Wickeln von Statorspulen geeignet, die unter Anwendung eines Vakuum-Druck-Imprägnierungs(VPI)-Verfahrens gehärtet werden. In einem VPI-Verfahren liegt der grösste Teil eines solchen erwähnten Harzbinders in niederviskoser Form und ohne einen Katalysator oder einen Beschleuniger vor, und er kann zum Härten in die Schlitze von Statoren eingegossen werden.

[0061] Weiter auf Fig. 3 bezugnehmend kann das Isolationsband 200 eine Glimmerpapierschicht 210 einschliessen. In einigen Ausführungsformen kann die Glimmerpapierschicht eine Dicke von etwa 4 mil (1 mil = ~25 um) aufweisen. Der Harzbinder kann nach irgendeinem bekannten oder später entwickelten Imprägnierungsverfahren in die Glimmerpapierschicht 210 eingebracht werden. In weiteren Ausführungsformen kann die Glimmerpapierschicht 210 andere Materialien einschliessen, wie ein Härtungsmittel oder einen Beschleuniger. Beliebige bekannte oder später entwickelte Härtungsmittel und Beschleuniger können in der Glimmerpapierschicht 210 enthalten sein. Das Isolationsband 200 kann auch eine Glasstützschicht 220 von etwa 2 mil einschliessen. Verschiedene Materialien, die für die Glasstützschicht 220 eingesetzt werden können, sind in der Technik bekannt. Die Glasstützschicht 220 kann etwa 2 mil dick sein. Das imprägnierte Glimmerband kann auch sandwichartig zwischen zwei Glasstützschichten 220 angeordnet sein. Während die Glasstützschicht bevorzugt ist, können andere Stützschichten benutzt werden, wie, darauf jedoch nicht beschränkt, Dacron<®>-Polyesterfaser von DuPont.

[0062] Bezugnehmend auf Fig. 4a kann das Isolationsband 200 als eine Isolation für Statorstäbe 310 benutzt werden. Wie veranschaulicht, können Statorstäbe 310, wenn sie als ein Paar enthalten sind, wie gezeigt, eine Statorspule 300 umfassen. Mehrere Statorspulen 300 können in einen Statorkern 400 (Fig. 5 ) eines Generators eingesetzt werden, wie in Fig. 5 veranschaulicht. Zurückkehrend zu Fig. 4 , kann jeder Statorstab 310 mit dem Isolationsband 200 umwickelt werden. Der Statorstab 310 kann einen im Wesentlichen rechteckigen Querschnitt haben, wie in Fig. 4b dargestellt. Bezugnehmend auf Fig. 4b , kann der Statorstab 310 hohle Leiterstränge 320 enthalten, wenn er von einem flüssigkeitsgekühlten Design ist, mit dazwischenliegender Strangisolation 330. Der Statorstab 310 kann auch Strangseparatoren 340 enthalten. Der Statorstab kann das Isolationsband 200 enthalten, das um die Aussenseite des Statorstabes 310 gewickelt ist, wie veranschaulicht. Zurückkehrend zu Fig. 4a , ist irgendein bekannter oder später entwickelter Statorstab 310, der Teil einer Statorspule 300 für einen Statorkern 400 (Fig. 5 ) eines Generators sein kann, der in das Isolationsband 200 eingewickelt sein kann, enthalten. Es sollte klar sein, dass Statorstäbe stark variieren können, doch kann der formaldehydfreie Binder, der in dem Isolationsband 200 enthalten ist, meistens benutzt werden. In jedem Fall kann der Statorstab 310, nachdem er in das Isolationsband 200 eingewickelt worden ist, mit dem Isolationsband 200 zusammen gehärtet werden. Wurde in dem Harzbinder ein Lösungsmittel benutzt, dann kann ein Teil oder das gesamte Lösungsmittel während des vorhärtenden Vakuumszyklus ausgetrieben werden.

[0063] Das Härtungsverfahren kann eine Modifikation bekannter Autoklavenhärtungsverfahren erfordern. In einigen Ausführungsformen kann der Statorstab 310 in einem Vakuumzyklus gehalten werden, in einigen Fällen in einem Bereich von etwa 80 °C bis etwa 140 °C. Diese Temperatur kann für etwa 8 Stunden bis etwa 12 Stunden gehalten werden. In einer weiteren Ausführungsform kann der Statorstab 310 nach dem Vakuumzyklus einem Härtungszyklus unterworfen werden. Der Härtungszyklus kann bei etwa 160 °C bis etwa 175 °C ausgeführt werden. Der Härtungszyklus kann für eine Dauer von etwa 12 Stunden bis etwa 20 Stunden aufrechterhalten werden. In einigen Ausführungsformen wird die Temperatur nach dem Härtungszyklus allmählich abgesenkt. Dies kann gestatten, dass die thermische Spannung des Statorstabes 310 mit dem Isolationsband 200, nun gehärtet, vermindert oder sogar beseitigt werden kann. Die in Statorstäben gespeicherte thermische Spannung fördert ein potenzielles Reissen oder Schichtentrennen der Bodenwandisolation während der Verarbeitung und der Benutzung.

[0064] In einer weiteren Ausführungsform kann der Statorstab 310 mit harzarmem Isolationsband 200 unter Anwendung eines imprägnierten Vakuum-Druck(VPI)-Verfahrens gehärtet werden. In diesen Äusführungsformen können die Statorstäbe 310, die Statorspulen 300 oder gewickelte Statoren bis zu einer geringen Temperatur erhitzt werden, bevor sie in dem VPI-Tank angeordnet werden. Der VPI-Tank kann dann abgedichtet und ein Vakuum angelegt werden, um Luft und irgendwelche flüchtigen Bestandteile zu entfernen. Während die Statorstäbe 310 oder Statorspulen 300 oder gesamte gewickelte Statoren sich noch unter Vakuum befinden, kann das Harz aus einem Harzspeichertank eingeführt werden. Nachdem in dem Tank atmosphärischer Druck erreicht ist, kann der VPI-Tank dann mit Inertgas unter Druck gesetzt werden, um das Harz in die isolierten Stäbe oder Spulen in dem Tank zu treiben. Einzelne Stäbe werden allgemein in einer Fixierungseinrichtung geklemmt, um die Isolation entweder vor oder nach der Imprägnierung zu konsolidieren. Nachdem das VPI-Verfahren abgeschlossen ist, werden die Stäbe oder Spulen oder gewickelten Statoren allgemein in einen Ofen gegeben, um das Harz zu härten. Das thermische Relaxationsverfahren folgt der Härtung, um die Eliminierung potenziell gespeicherter thermischer Spannung zu fördern. Dies wird häufig durch ein schrittweises Absenkten des Temperaturprofils erzielt.

[0065] Bezugnehmend auf das Autoklavenhärten ist das Isolationsband 200, das den Harzbinder einschliesst, richtig gehärtet und fixiert, nachdem der Statorstab 310 gehärtet worden ist. Die Statorstäbe 310 können in den Statorkern 400 eingeführt werden. Nun kann eine Vielzahl von Statorstäben 310 mit einem zweiten Statorstab 310 gepaart werden, um eine Statorspule 300 herzustellen, während sie in Schlitzen des Statorkernes 400 angeordnet werden. Ohne den Einschluss irgendeines Formaldehydrestes in der Statorwicklungsanordnung ist nicht nur die Statorspule 300 zu Beginn der Operation frei von Formaldehyd, sondern es kann keine Formaldehyd-Emissionen bei den Betriebstemperaturen des Generators, einschliesslich des Statorkernes 400, aus den Statorspulen 300 geben. Als ein Resultat kann eine Statorwicklung ohne Formaldehydemission erreicht werden.

[0066] In einer weiteren Ausführungsform, und Bezugnehmend auf die obige Statorspulenwicklung, werden die Statorkerne, in die die Stäbe eingewickelt und dann durch Hartlöten und miteinander verbinden gewickelt sind, typischerweise durch Stapeln hunderttausender von Stator-Stanzlamellen hergestellt. Jede der Lamellen hat einen dünnen Überzug, um sie voneinander zu isolieren, um den Verlust aufgrund eines Wirbelstromes zu vermindern. Diese Lamellenüberzüge können aufgrund eines Abbaus während des Generatorbetriebes, insbesondere während eines Betriebes unter abnormal hoher Temperatur, möglicherweise Formaldehyd abgeben.

[0067] Während der Einsatz des Harzbinders mit Bezug auf eine Isolierung um die Statorstäbe 310 herum beschrieben worden ist, sollte klar sein, dass der Statorkern 400 auch den Harzbinder aufweisen kann, der in das Material eingearbeitet ist, das zum Überziehen der Stanzlammellen des Statorkernes 400 eingesetzt wird. In einer solchen Ausführungsform kann der Statorkern 400, statt den Harzbinder in dem Isolationsband 200 zu enthalten, den Harzbinder an einem Teil des Materials gehärtet aufweisen, unter Isolation der gesamten Statoranordnung. Als ein Resultat kann eine Statoranordnung ohne Formaldehydemission erreicht werden.

[0068] Weiter bezugnehmend auf Lamellen des Statorkernes 400 sind formaldehydfreie Materialien zum Überziehen der Lamellen nicht auf die Lösung auf Epoxy-Basis beschränkt, die oben angegeben ist. Irgendwelche kein Formaldehyd enthaltenden Überzüge, die thermische, elektrische, mechanische und chemische Anforderungen von Lamellen erfüllen, die durch OEM spezifiziert sind, sind nicht ausgeschlossen, wie bspw., darauf jedoch nicht beschränkt, füllstoffhaltige Acrylat-Überzugssysteme, füllstoffhaltige Polyester-Überzugssysteme für hohe Temperatur, füllstoffhaltige Polyamidimid-Überzugssysteme und beliebige weitere mit anorganischem Teilchenmaterial gefüllte Überzugssysteme.

[0069] Während die Erfindung detailliert in Verbindung mit einer nur begrenzten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben wurde, sollte es klar sein, dass die Erfindung auf solche offenbarten Ausführungsformen nicht beschränkt ist. Die Erfindung kann vielmehr modifiziert werden, um irgendeine Anzahl von Variationen, Änderungen, Ersetzungen oder äquivalenten Anordnungen einzubeziehen, die bisher nicht beschrieben wurden, die aber im Einklang stehen mit dem Wesen und Umfang der Erfindung. Während verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, sollte klar sein, dass Aspekte der Erfindung nur einige der beschriebenen Ausführungsformen enthalten können. Die Erfindung wird daher nicht durch die vorhergehende Beschreibung, sondern nur durch den Umfang der beigefügten Ansprüche beschränkt.

[0070] Harzbinder zur Verwendung in einer formaldehydemissionsfreien Statorisolation. Der Harzbinder enthält ein Epoxyharz, einen Katalysator und ein Polymermaterial. Das Polymermaterial weist Hydroxylendgruppen auf. Der Harzbinder wird in einem Glimmerband für eine Bodenwandisolation für Statorwicklungen eingesetzt.

Bezugszeichenliste

[0071] 100 Verfahren 110 Schritt 120 Schritt 130 Schritt 200 Isolationsband 210 Glimmerpapierschicht 220 Glasstützschicht 300 Statorspule 310 Statorstäbe 320 Leiterstränge 330 Strangisolation 340 Strangseparatoren 400 Statorkern

Claims (10)

1. Harzbinder zur Verwendung in einer formaldehydemissionsfreien Statorisolation, wobei der Harzbinder aufweist: ein Epoxyharz oder eine Kombination von Epoxyharzen mit gewünschter Leistungsfähigkeit, einen Katalysator und ein Polymermaterial, worin das Polymermaterial Hydroxylendgruppen aufweist.

2. Harzbinder nach Anspruch 1, wobei das Polymermaterial ferner eine organische Verbindung enthält, wobei die organische Verbindung Hydroxylendgruppen aufweist; und/oder wobei der Harzbinder ferner ein Lösungsmittel aufweist, wobei das Lösungsmittel ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: MEK, Butanon, Xylol und Hydroxylgruppen enthaltenden organischen Verbindungen geringen Molekulargewichtes in flüssiger Form.

3. Harzbinder nach Anspruch 1 oder 2, worin das Epoxyharz ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: DEN 439-Epoxyharz, DEN 438-Epoxyharz, EPON 828-Epoxyharz, EPON 826-Epoxyharz und einer Kombination davon, wobei ein Verhältnis der DEN- zu den EPON-Epoxyharzen zwischen 3:2 und 3:1 betragen kann, ein Verhältnis des Epoxyharzes zu dem Hydroxylendgruppen aufweisenden Polymermaterial zwischen 95:5 und 85:15 betragen kann und ein Verhältnis des Epoxyharzes zum Katalysator zwischen 90:0,05 und 90:0,2 betragen kann.

4. Harzbinder nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Polymermaterial ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Hydroxylgruppen aufweisenden Polymer, einem Vorpolymer und einem Oligomer; und/oder wobei das Polymermaterial ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Noryl SA90, Nonylphenol, Hydroxylendgruppen aufweisendem Silicon, Brenzcatechin, Tris(2-hydroxyethyl)isocyanurat, Hydroxylendgruppen aufweisendem Silicon, Bisphenol-A und Bisphenol-A-Dimer-, -Trimer- und -Tetramer-Derivaten.

5. Verfahren zum Herstellen eines Harzbinders zur Verwendung in einer formaldehydemissionsfreien Statorisolation, wobei das Verfahren aufweist: Mischen eines Epoxyharzes, Auflösen eines Polymermaterials in dem Epoxyharz, wobei das Polymermaterial Hydroxylendgruppen aufweist, Auflösen des Polymermaterials in einem Lösungsmittel, Hinzugeben eines Katalysators zu dem Epoxyharz, um eine homogene Lösung zu bilden, und Hinzugeben der Katalysator-Epoxyharzlösung zu der gemischten Epoxyharz-Polymermateriallösung.

6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Mischen eines Epoxyharzes und das Auflösen des Polymermaterials in dem gemischten Epoxyharz bei einer Temperatur zwischen etwa 70 °C und etwa 130 °C, oder insbesondere bei etwa 100 °C bis etwa 130 °C, vorgenommen wird; und/oder wobei das Auflösen bei einer Temperatur zwischen etwa 50°G und etwa 70 °C vorgenommen wird; und/oder wobei das Hinzugeben bei einer Temperatur zwischen etwa 70 °C und etwa 130 °C, oder insbesondere bei etwa 100 °C, vorgenommen wird.

7. Isolationsband für eine Statorbodenwand, wobei das Isolationsband aufweist: ein Glimmerband und wenigstens etwa 25 Gew.-% oder weniger als etwa 12 Gew.-% eines Harzbinders, der in dem Glimmerband enthalten ist, wobei der Harzbinder aufweist: ein Epoxyharz oder eine Kombination von Epoxyharzen mit einer gewünschten Leistungsfähigkeit und ein Polymermaterial, worin das Polymermaterial Hydroxylendgruppen aufweist.

8. Isolationsband nach Anspruch 7, wobei das Glimmerband aufweist: eine Glimmerpapierschicht von etwa 100 µm (4 mil) bis etwa 175 µm (7 mil), wobei der Harzbinder in der Glimmerpapierschicht enthalten ist, und eine Glasstützschicht von etwa 25 µm (1 mil) bis etwa 75 µm (3 mil).

9. Isolationsband nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Isolationsband um mehrere Statorstäbe gewickelt und gehärtet ist, wobei der Harzbinder vorzugsweise nach dem Wickeln des Isolationsbandes um die mehreren Statorstäbe aufgebracht ist, und wobei, wenn der Harzbinder mindestens etwa 25% ausmacht, das Härten vorzugsweise eine Autoklaventechnik umfasst, und wobei, wenn der Harzbinder weniger als etwa 12% ausmacht, das Härten vorzugsweise eine Vakuum-Druck-Imprägnierungstechnik umfasst, wobei ein Härtungsprofil für einen Autoklavenprozess für den Harzbinder vorzugsweise einen Vakuumzyklus von 80 °C bis 140 °C für 8 bis 12 Stunden, gefolgt von einem Härtungszyklus bei 160 °C bis 175 °C oder mehr für 10 bis 20 Stunden umfasst.

10. Isolationsband nach einem beliebigen der Ansprüche 7 bis 9, wobei die mehreren Statorstäbe mehrere Statorspulen aufweisen, die in einen Statorkern eingeführt sind.