DE102014221715A1 - Tränkharz, Leiteranordnung, elektrische Spule und elektrische Maschine - Google Patents
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Abstract
Tränkharz, insbesondere ein katalytisch härtbares Tränkharz für die Leiter einer elektrischen Maschine, umfassend mindestens ein Reaktionsharz vermischt mit mindestens einem reaktiven Verdünner und einem Härtungskatalysator insbesondere für eine kationische, anionische oder koordinative Polymerisation des Tränkharzes, wobei zur Verbesserung der Eigenschaften des Tränkharz bei seinem Einsatz der reaktive Verdünner einen heterocyclischen Vierring enthält. Das Tränkharz ist Teil einer Hauptisolation (12) der Leiteranordnung (2), die wiederum in einer elektrischen Spule oder allgemein in einer elektrischen Maschine eingebaut ist.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Tränkharz, insbesondere ein katalytisch härtbares Tränkharz für den Isolationsaufbau einer elektrischen Maschine, umfassend mindestens ein Reaktionsharz vermischt mit mindestens einem reaktiven Verdünner und einem Härtungskatalysator insbesondere für eine kationische, anionische oder koordinative Polymerisation des Tränkharzes. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Leiteranordnung sowie eine elektrische Spule und eine elektrische Maschine mit einer solchen Leiteranordnung.
- Elektrische Maschinen, insbesondere rotierende elektrische Maschinen, beinhalten eine elektrische Wicklung innerhalb eines Blechpakets. Diese besteht aus elektrischen Leitern (die ggf. bereits mit einer Primärisolation versehen sind) und festen Isolationswerkstoffen als Hauptisolation. Ohne weitere Maßnahmen gibt es zwischen dem Blechpaket, den Leitern und der Hauptisolation keine innige Verbindung, so dass Spalten und Hohlräume entstehen. Bei Betrieb unter atmosphärischen Bedingungen, wären diese Bereiche mit Luft gefüllt. Insbesondere bei Anwendungen im Hochspannungsbereich ist dies nicht zulässig, da elektrische Teilentladungen die Isolation in kürzester Zeit zerstören würden. Dies führt zum Ausfall der elektrischen Maschine.
- Um eine innige Verbindung und somit das Verdrängen von Luft zu bewirken, wird die Wicklung mittels eines härtbaren Tränkharzes oder Tränklackes imprägniert. Die festen Isolationswerkstoffe können dabei porös ausgeführt sein, um die Tränkharzaufnahme zu erhöhen. Beispiele hierfür sind Glimmerbänder, Isolationspapiere oder Vliesstoffe.
- Für die Imprägnierung von Hochspannungsmaschinen sind Mischungen aus Epoxyd-Harzen und flüssigen, cycloaliphathischen Säureanhydriden Stand der Technik, siehe z.B.
US 4113791 (A) . Die Säureanhydride dienen hierbei als Härter für eine Polyaddition mit einem Epoxyd-Harz und setzen gleichzeitig die Viskosität herab, was einer zügigen und vollständigen Imprägnierung zu Gute kommt. - Säureanhydride sind aber in der Regel sensibilisierend wirkende Verbindungen, speziell bei Aufnahme über die Atemwege. Aus diesem Grund sind beim Umgang mit Säureanhydriden entsprechende Sicherheitsmaßnahmen zwingend notwendig.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Tränkharz mit verbesserten Eigenschaften für eine Leiteranordnung einer elektrischen Maschine zu Verfügung zu stellen.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Tränkharz, insbesondere ein katalytisch härtbares Tränkharz für die Leiter einer elektrischen Maschine, umfassend mindestens ein Reaktionsharz vermischt mit mindestens einem reaktiven Verdünner und einem Härtungskatalysator insbesondere für eine kationische, anionische oder koordinative Polymerisation des Tränkharzes, wobei das Reaktionsharz zumindest eine Oxiranfunktionalität aufweist.
- Die Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß gelöst durch eine Leiteranordnung aus einer Anzahl von Leitern, wobei um die Anzahl von Leitern eine Hauptisolation vorgesehen ist, die mittels eines derartigen Tränkharzes imprägniert ist. Die Hauptisolation ist hierbei insbesondere aus festen, porösen Isolationswerkstoffen wie z.B. Glimmerbändern, Isolationspapieren oder Vliesstoffen.
- Die Aufgabe wird zudem erfindungsgemäß gelöst durch eine elektrische Spule mit einer derartigen Leiteranordnung.
- Die Aufgabe wird schließlich erfindungsgemäß gelöst durch eine elektrische Maschine mit einer derartigen Leiteranordnung. Die in Bezug auf das Tränkharz nachstehend angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen lassen sich sinngemäß auf die Leiteranordnung, die elektrische Spule und die elektrische Maschine übertragen.
- Unter Härtungskatalysator wird hierbei eine Verbindung verstanden, die eine kationische, anionische oder koordinative Polymerisation des Tränkharzes ermöglicht. Es können verschiedene Härtungskatalysatoren eingesetzt werden, wobei der Anteil an flüchtigen Säureanhydriden aus den eingangs genannten Gründen so gering wie möglich gehalten wird.
- Insbesondere können als kationische Härtungskatalysatoren beispielsweise organische Salze zum Einsatz kommen. Beispielsweise können diese organischen Salze Verbindungen wie organische Ammonium-, Sulphonium-, Phosphonium-, oder Imidazolium-salze umfassen. So ist beispielsweise 2-Butylentetramethylene sulfonium hexafluoroantimonat ein möglicher kationischer Härtungskatalysator.
- Metall-Komplex-Verbindungen, also Verbindungen mit einem oder mehreren Metall-Zentralatomen, die Liganden, beispielsweise organische Liganden koordinativ gebunden haben, können auch alternativ oder zusätzlich als Härtungskatalysator, als koordinative, als kationische oder als anionische Härtungskatalysatoren eingesetzt werden. Die Metall-Komplex-Verbindungen können geladen oder ungeladen sein und können entsprechende Gegenionen enthalten.
- Als anionische Härtungskatalysatoren werden beispielsweise tertiäre Amine oder Imidazol-Verbindungen eingesetzt. Beispielhaft genannt sei hier 4,5-Dihydroxymethyl-2-phenylimidazol und/oder 2-Phenyl-4-methyl-5-hydroxymethylimidazol.
- Gegenüber den bekannten Säureanhydrid-Härtungskatalysatoren haben die hier genannten Härtungskatalysatoren den Vorteil dass sie eine geringere Feuchtigkeitsempfindlichkeit aufweisen und/oder toxikologisch weniger bedenklich sind.
- Nach einer vorteilhaften Ausführungsform wird ein Härtungskatalysator in einer Menge im Bereich von 0,001 bis 10 Gew% in dem Tränkharz bei der Imprägnierung enthalten sein.
- Dabei kann der Härtungskatalysator sowohl in dem lagerfähigen Tränkharz, also auch in dem zu imprägnierenden festen, porösen Isolationswerkstoff, wie beispielsweise in Glimmerbändern, isolationspapieren oder Vliesstoffen lagernd enthalten sein.
- Eine Ausführungsform, bei der der Härtungskatalysator im porösen Isolationswerkstoff enthalten ist und das Tränkharz ohne Härtungskatalysator gelagert wird, ist besonders bevorzugt, weil durch das Fehlen des Härtungskatalysators im Tränkharz dessen Lagerstabilität enorm gesteigert werden kann. Außerdem wurden keine besonderen Wechselwirkungen des Härtungskatalysators mit dem porösen Isolationswerkstoff festgestellt.
- Als reaktiver Verdünner können bekannte, handelsübliche Reaktivverdünner eingesetzt werden. Beispielsweise kann auch ein Reaktivverdünner mit einem heterocyclischen Vierring eingesetzt werden, beispielsweise mit einem Sauerstoff als Heteroatom, also einem Oxetan. Beispielhaft genannt seien dabei 3-Ethyl-3-hydroxymethyloxetan, 3-Ethyl-3-[(2-ethylhexyloxy)methyl]oxetan; und/oder 3-Ethyl-3-{[(3-ethyloxetane-3-yl)methoxy]methyl}oxetane.
- Der Reaktivverdünner kann in einer Menge von beispielsweise 0,01 bis 50 Gew% insbesondere von 0,01 bis 10 Gew% im Tränkharz enthalten sein.
- Durch die Menge an Reaktivverdünner kann beispielsweise ein das rheologische Verhalten des Tränkharzes eingestellt werden, da die Oxetane niedrige Viskositäten des Tränkharzes erzeugen. Die hier genannten Oxetane bewirken beispielsweise auch eine gute Vakuumfestigkeit des Tränkharzes, auch bei höheren Temperaturen, weil die Oxetane einen niedrigen Dampfdruck aufweisen.
- Vorteilhafterweise enthält das Tränkharz zudem mindestens einen organischen und/oder anorganischen nanoskaligen Füllstoff. Die Nanopartikel, die auch in Form einer Mischung verschiedener nanoskaliger Füllstoffe vorliegen können, verbessern insbesondere die Schlagzähigkeit, das Delaminationsverhalten, die Rissanfälligkeit und die Teilentladungsbeständigkeit des gehärteten Tränkharzes.
- Weiterhin von Vorteil ist, dass das Tränkharz mindestens einen organischen und/oder anorganischen mikroskaligen Füllstoff also einen Füllstoff mit einer durchschnittlichen Partikelgröße im Mikrometerbereich oder eine mikroskalige Füllstoffmischung enthält. Denkbar ist auch eine Mischung von mikroskaligen Füllstoffen. Solche Füllstoffe bewirken eine Erhöhung der mechanischen Festigkeit.
- Nach einer bevorzugten Ausführungsform liegt die Endhärtungstemperatur des Tränkharzes im Bereich von 120 bis 190°C, bevorzugt im Bereich von 130°C bis 170°C. Dazu werden entsprechende Härtungskatalysatoren mit einem geeigneten Reaktivharz umgesetzt.
- Ein solches Tränkharz ist für den Einsatz in elektrische Maschinen, insbesondere für rotierende elektrische Maschinen und Hochspannungsanwendungen vorgesehen. Das Reaktionsharz kann hierbei ein beliebiges Reaktionsharz mit Oxiranfunktionalitäten oder eine Mischung verschiedener Reaktionsharze mit Oxiranfunktionalitäten sein.
- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigt die einzige Figur eine Leiteranordnung
2 umfassend mehrere Leiter4 , die jeweils eine Primärisolation6 aufweisen (z.B. aus Glimmerbändern, Drahtlack, Polyimid-Folie). Die Leiteranordnung2 ist in einer Nut7 eines Blechpakets8 angeordnet, deren Öffnung durch einen Nutverschluss10 verschlossen ist. - Die Nut
7 ist zudem mit einer Hauptisolation12 ausgefüllt. Die Hauptisolation12 ist imprägniert mit einem Tränkharz, welches mindestens ein Reaktionsharz vermischt mit mindestens einem reaktiven Verdünner und einem Härtungskatalysator enthält, wobei der reaktive Verdünner einen heterocyclischen Vierring enthält. Hierbei wird durch das Tränkharz die Luft in der Nut7 verdrängt. Die Hauptisolation12 weist einen porösen Werkstoff, insbesondere einen Isolationswerkstoff auf und der Härtungskatalysator für das Tränkharz ist in den porösen Werkstoff enthalten. - Die Leiteranordnung
2 ist Teil einer hier nicht näher gezeigten elektrischen Spule. Die elektrische Spule ist wiederum in einer elektrischen Maschine eingebaut. Alternativ ist die Leiteranordnung2 in der elektrischen Maschine eingebaut, ohne Teil einer elektrischen Spule zu sein. - ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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- Zitierte Patentliteratur
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- US 4113791 A [0004]
Claims (13)
- Tränkharz, insbesondere ein katalytisch härtbares Tränkharz für die Leiter einer elektrischen Maschine, umfassend mindestens ein Reaktionsharz vermischt mit mindestens einem reaktiven Verdünner und einem Härtungskatalysator insbesondere für eine kationische, anionische oder koordinative Polymerisation des Tränkharzes, dadurch gekennzeichnet, dass der reaktive Verdünner einen heterocyclischen Vierring enthält.
- Tränkharz nach Anspruch 1, wobei der heterocyclische Vierring ein Oxetan ist.
- Tränkharz nach Anspruch 2, wobei das Oxetan ein 3-Ethyl-3-hydroxymethyloxetan, 3-Ethyl-3-[(2-ethylhexyloxy)methyl]oxetan; und/oder 3-Ethyl-3-{[(3-ethyloxetane-3-yl)methoxy]methyl}oxetane umfasst.
- Tränkharz nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des heterocyclischen Vierrings zwischen 0,01 Gew.% und 50 Gew.%, insbesondere zwischen 0,01 Gew.% und 10 Gew.% liegt.
- Tränkharz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch organische Salze als kationische Härtungskatalysatoren, insbesondere organische Ammonium-, Sulphonium-, Phosphonium- oder Imidazolium-Salze.
- Tränkharz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Metall-Komplexverbindungen als Härtungskatalysator.
- Tränkharz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch tertiäre Amine oder Imidazol-Verbindungen als anionische Härtungskatalysatoren.
- Tränkharz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen organischen und/oder anorganischen nanoskaligen Füllstoff.
- Tränkharz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens einen organischen und/oder anorganischen mikroskaligen Füllstoff.
- Leiteranordnung (
2 ) aus einer Anzahl von Leitern, wobei um die Anzahl von Leitern eine Hauptisolation (12 ) vorgesehen ist, die mittels eines Tränkharzes nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9 imprägniert ist. - Leiteranordnung (
2 ) nach Anspruch 10, wobei die Hauptisolation (12 ) einen porösen Werkstoff aufweist und der Härtungskatalysator für das Tränkharz in den porösen Werkstoff enthalten ist. - Elektrische Spule mit einer Leiteranordnung (
2 ) nach Anspruch 10 oder 11. - Elektrische Maschine mit einer Leiteranordnung (
2 ) nach Anspruch 10 oder 11.
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