DE102015213815A1

DE102015213815A1 - Fester Isolationswerkstoff, Verwendung dazu und damit hergestelltes Isolationssystem

Info

Publication number: DE102015213815A1
Application number: DE102015213815.1A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Huber; Dieter Schirm; Matthias Übler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Flender GmbH
Priority date: 2015-07-17
Filing date: 2015-07-22
Publication date: 2017-01-19
Also published as: CN107851481B; US10522265B2; US20180204650A1; WO2017012739A1; CN107851481A; RU2687404C1; EP3298611A1; BR112018000459A2

Abstract

Die Erfindung betrifft einen festen, insbesondere bandförmigen Isolationswerkstoff, dessen Verwendung in einem Vakuumimprägnierverfahren und ein damit hergestelltes Isolationssystem sowie eine elektrische Maschine mit dem Isolationssystem, insbesondere für den Mittel- und Hochspannungsbereich, nämlich für Mittel- und Hochspannungsmaschinen, insbesondere rotierende elektrische Maschinen im Mittel- und Hochspannungsbereich sowie Halbzeuge für elektrische Schaltanlagen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Härtungskatalysator ein kovalent-verbrücktes Di-Imidazol-Derivat und/oder ein kovalent-verbrücktes Di-Pyrazol-Derivat.

Description

Die Erfindung betrifft einen festen, insbesondere bandförmigen Isolationswerkstoff, dessen Verwendung in einem Vakuumimprägnierverfahren und ein damit hergestelltes Isolationssystem sowie eine elektrische Maschine mit dem Isolationssystem, insbesondere für den Mittel- und Hochspannungsbereich, nämlich für Mittel- und Hochspannungsmaschinen, insbesondere rotierende elektrische Maschinen im Mittel- und Hochspannungsbereich sowie Halbzeuge für elektrische Schaltanlagen.
Elektrische Maschinen (Motoren, Generatoren) haben in der Vielzahl ihrer Längsnuten des Ständerblechpakets speziell geartete Spulenwicklungen oder Leiterstäbe, i. d. R. aus Kupfer oder einem anderen, hoch-leitfähigen, Material.
Im Falle eines elektrischen Motors, wird durch zeitlich selektive Bestromungen ein ringsum propagierendes Magnetfeld erzeugt, welches den in der Bohrung des Ständers aufgehängten und frei drehenden Rotor, welcher z. B. aufgrund einer Vielzahl an applizierten Permanentmagneten auf das induzierte Magnetfeld in Form von erzwungener Rotation reagiert, antreibt und so elektrische Energie in Bewegungsenergie umwandelt. Das Blechpaket liegt dabei elektrisch auf Masse, die Spulen hingegen auf hohem Kilovoltpotential. Die in die Statornuten eingepassten Spulen müssen demnach gegen Erdpotential elektrisch isoliert werden. Dazu wird eine jede Spule beispielsweise mit einem speziellen Band, beispielsweise Glimmerband, mehrfach und definiert-überlappt isoliert.
Glimmer wird bevorzugt verwendet, da es als partikel-, insbesondere als plättchenförmiger, anorganischer Barrierewerkstoff die elektrische Erosion unter elektrischen Teilentladungen wirkungsvoll und lange, beispielsweise über die gesamte Lebensdauer der Maschine zu retardieren vermag und gute chemische sowie thermische Beständigkeit aufweist. Glimmerbänder bestehen aus Glimmerpapier und einem oder mehreren Trägern, z. B. Gewebe, Folie(n), die über einen Bandkleber miteinander verbunden sind. Glimmerbänder sind nötig, da Glimmerpapier allein nicht die für einen Isolationsprozess nötige mechanische Festigkeit aufweist. Je nach Anwendung können dem Bandkleber Additive zugegeben sein, z. B. Härtungskatalysatoren, die initiierend auf die thermische Härtung eines extern beaufschlagten Imprägniermittels wirken: nachdem die mit Glimmerband isolierten Spulen in die Ständerblechpakete eingepasst und elektrisch geschaltet sind, wird zur Vermeidung von Teilentladungen während des späteren Betriebs die Luft in den Hohlräumen der Wicklungen und insbesondere in den Nutspalten des Ständerblechpakets eliminiert. Da dieser Abstand von bestromter, isolierter Spule zum Blechpaket in der Regel so klein wie möglich gehalten wird, sind dort Feldstärken von mehreren kV/mm keine Seltenheit. Dementsprechend wird das Isolationsmaterial beansprucht.
Als Imprägniermittel nach dem Stand der Technik haben sich thermisch härtbare Epoxidharz/Anhydridgemische für Vakuumimprägnierprozesse als geeignet erwiesen.
Sie werden zur Imprägnierung der aus ihren Einzelteilen zusammengesetzten Statoren der elektrischen Maschinen mit den eingepassten und glimmerbandisolierten Spulen bzw. zur Spulen oder Leiterstab Einzelimprägnierung eingesetzt.
Während eines speziellen Vakuumimprägnierprozesses, dem VPI(vacuum pressure impregnation)-Verfahren, werden diese Statoren oder Spulen bislang im Ganzen mit einer dünnflüssigen Epoxidharz-Phtalsäureanhydrid-Formulierung in einer Vakuumkammer geflutet und anschließend unter Druckbeaufschlagung imprägniert. Die Endaushärtung erfolgt im Regelfall unter Normaldruck im Industrieofen. Dabei hat der Härtungskatalysator die Funktion, dass das dünnflüssige Imprägniermittel, gewöhnlich aus Epoxidharz und Phtalsäureanhydrid, bei einer vorgegebenen Temperatur in einer bestimmten Zeit geliert. Der industrielle Standard dazu ist bislang als Imprägniermittel eine Mischung aus destilliertem Bisphenol-A-Diglycidylether und Methylhexahydrophtalsäureanhydrid. Diese Mischung ist ausreichend dünnflüssig, um die komplette Imprägnierung der Bandisolation einerseits und in Abwesenheit von Härtungskatalysatoren eine ausreichende Lagerstabilität andererseits zu gewährleisten. Der Härtungskatalysator ist in der Regel zumindest auch im festen Isolationswerkstoff, z. B. Glimmerband, enthalten. Dieses Glimmerband wird über den Bandkleber zusammengehalten, so ist es unabdinglich, dass der Bandkleber und der Härtungskatalysator zueinander inert sind.
Insbesondere ist vorteilhaft, wenn alle drei Komponenten, also Bandkleber, Härtungskatalysator und beaufschlagtes Imprägniermittel erst im Moment des Zusammentreffens während des VPI-Prozesses miteinander reagieren. So erreicht man bestmögliche Vernetzung sowie Anbindung, Kompatibilität und Lunkerfreiheit der Isolation, was wiederum zu einer optimierten Lebensdauer der beim Härten im Anschluss entstehenden „Hauptisolation” der elektrischen Maschine führt.
Wegen der toxikologischen Bedenken gegen die uneingeschränkte Verwendung von Phtalsäureanhydriden werden in Zukunft phtalsäureanhydridfreie oder überhaupt anhydridfreie Imprägniermittel auf Epoxidbasis Verwendung finden, die unter Einsatz von Härtungskatalysatoren polymerisiert werden.
Die neuen Härtungskatalysatoren werden auf die anhydridfreien Imprägniermittel abgestimmt sein. Es werden verstärkt anhydridfreie Imprägniermittel, wie aus den älteren Anmeldungen DE 102014219844.5 ; DE 102014221715.6 ; DE 102015205328.8 , DE 102015202053.3 ; DE 102015208527.9 ; DE 102015204885.3 , deren Offenbarungsgehalt hiermit zum Inhalt der vorliegenden Beschreibung gemacht wird, bekannt, eingesetzt. Dort wird beschrieben, dass die bislang eingesetzten Härtungskatalysatoren bei den anhydridfreien Tränkharzen auf Epoxidharzbasis, die in Zukunft Verwendung finden, keine ausreichende Katalyse bewirken, so dass die resultierenden Formstoffe entweder zu weiche also eine zu geringe mechanische, thermomechanische und oder thermische Eigenschaftskennwerte zeigen oder erst gar keine Formkörper entstehen, weil die herkömmlichen Katalysatoren die neuen Imprägnierharze gar nicht aushärten.
So wurde gefunden, dass Stickstoffheterozyclen, wie etwa Imidazole, effektive Gelier- und/oder Härtungskatalysatoren für säureanhydridfreie Epoxidharze auf Bisphenol-A- und/oder Bisphenol-F-Diglycidyletherbasis darstellen.
So produziert beispielsweise ein säureanhydrid- freier Bisphenol-F-Diglycidylether, der mit 3 Gew.-% eines Stand der Technik-Härtungskatalysatores, wie beispielsweise einem N-alkylsubstituierten Piperazinderivat, geliert und für 10 Stunden bei 145°C anionisch-polymerisierend gehärtet wird, lediglich einen Glasübergang von ca. 90°C, wohingegen das standardmäßig anhydridhaltige Epoxidharz und Härtungskatalysator bei identischen Härtungsbedingungen einen Glasübergang von ca. 160°C ausbildet.
Verwendet man dagegen 2 Gew.-% 1,2-Dimethylimidazol als Gelier- und Härtungskatalysator für ein anhydridfreies Tränkharz auf Epoxidharzbasis, wie z. B. Bisphenol-F-Diglycidylether, so stellt sich ein Glasübergang von bis zu 150°C ein.
Nachteilig an den Imidazolen ist jedoch, dass die Dampfdrücke der Imidazole bei erhöhten Temperaturen relativ hoch sind, so dass während langanhaltender Evakuierphasen bei erhöhten Temperaturen, wie sie bei der Herstellung von elektrischen Maschinen vor der Vakuumimprägnierung der Statoren etwa zur Vortrocknung angewandt werden, ein teilweises Austreiben aus dem Glimmerbandbindemittel zu befürchten ist.
Dabei kann es auch unvorteilhafterweise zu einer Verschleppung der flüchtigen Imidazole in den VPI-Harzvorrat während der Imprägnierphase kommen, was wiederum die Lagerstabilität des Tränkharzes selbst verkürzt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen festen Isolationswerkstoff mit einem Härtungskatalysator zur Verfügung zu stellen, der die Nachteile des Standes der Technik, insbesondere im Zusammenhang mit dem Einsatz anhydridfreier Tränkharze, überwindet. Außerdem ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Verwendung des festen Isolationswerkstoffes in einem Vakuumimprägnierverfahren und schließlich eine elektrische Maschine mit einem derart hergestellten Isolationssystem zu schaffen, wobei ein Einsatz der atemwegssensibilisierenden Phtalsäureanhydride bzw. organischen Säureanhydriden im allgemeinen vermieden wird.
Lösung dieser Aufgabe und Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist daher ein fester Isolationswerkstoff, der zusammen mit einem anhydridfreien Imprägniermittel zur Herstellung eines Isolationssystems in einem Vakuumimprägnierprozess einsetzbar ist, wobei dieser einen Träger, einen Barrierewerkstoff, einen Härtungskatalysator und einen Bandkleber umfasst, der Härtungskatalysator und der Bandkleber zueinander inert sind, aber unter den Bedingungen der Vakuumimprägnierung mit einem anhydridfreien Imprägniermittel mit Gelierzeiten von 1 h bis 15 h bei Imprägniertemperatur abreagieren, wobei der Härtungskatalysator ein kovalent-verbrücktes Di-Imidazol-Derivat oder ein kovalent-verbrücktes Di-Pyrazol-Derivat ist.
Weiterhin ist die Verwendung des so hergestellten Isolationssystems in elektrischen Maschinen, bevorzugt in rotierenden elektrische Maschinen, besonders bevorzugt in rotierenden elektrische Maschinen im Mittel- und Hochspannungsbereich sowie in elektrischen Schaltanlagen, Mittel- und Hochspannungsanwendungen, Durchführungen, Transformatordurchführungen, Generatordurchführungen und/oder HGÜ-Durchführungen, sowie in entsprechenden Halbzeugen Gegenstand der Erfindung.
Schließlich sind noch elektrischen Maschinen, bevorzugt rotierende elektrische Maschinen, besonders bevorzugt rotierende elektrische Maschinen im Mittel- und Hochspannungsbereich sowie elektrische Schaltanlagen, Mittel- und Hochspannungsanwendungen, Durchführungen, Transformatordurchführungen, Generatordurchführungen und/oder HGÜ-Durchführungen, sowie entsprechende Halbzeuge, die ein derartiges Isolationssystem umfassen, Gegenstand der Erfindung.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist der Härtungskatalysator ein Di-Imidazol oder Di-Pyrazol der allgemeinen Struktur I und/oder II
wobei
R₁, R₂, R₃ = Alkyl- und/oder Arylreste sind, die verzweigt oder unverzweigt, cyclisch oder linear, mit einer Anzahl an C-Atomen von 1 bis 20, insbesondere von 1 bis 12 vorliegen können;
Das Zentrum
X ist beispielsweise gleich
C=O
O=S=O
H-C-H
CH3-C-CH3
CH3-C-H
C=N-R
C=N-OR
C=N-NHR
C=N-NH-CO-NH2
OR-C-OR
SR-C-SR
Geeignete Verbindungen lassen sich beispielsweise durch Kondensation oder Addition von (Alkyl)-Imidazolen oder (Alkyl)Pyrazolen an elektrophile Zentren darstellen.
So haben sich beispielsweise die folgenden Di-Imidazole und Di-Pyrazole aus folgenden (Alkyl)Imidazol- oder (Alkyl)Pyrazoledukten als geeignet erwiesen:
1H-Imidazol (CAS-Nr. 288-32-4),
1H-2-Methylimidazol (CAS-Nr. 693-98-1),
1H-2-Ethylimidazol (CAS-Nr. 1072-62-4),
aber auch
1H-Pyrazol (CAS-Nr. 288-3-1),
1H-3,5-Dimethylpyrazol (CAS-Nr. 67-51-6).
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform werden die Kondensationsprodukte von (Alkyl)imidazolen oder (Alkyl)Pyrazolen mit Phosgen, die unter HCl-Abspaltung entstehen, eingesetzt. Durch die zusätzlichen Wechselwirkungsmöglichkeiten über den Carbonyl-Sauerstoff wird die Flüchtigkeit dieser Produkte nochmals erniedrigt.
In 1 wird am Beispiel des Kondensationsproduktes aus Phosgen und 2-Methylimidazol gezeigt, welche Abnahme der Flüchtigkeit der kovalent verbrückten Di(alkyl)imidazole gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zu den herkömmlichen Alkylimidazolderivaten, wie beispielsweise dem 1,2-Dimethylimidazol, zu erreichen ist.
1 zeigt die Thermogravimetrische Analyse des 1,2-Dimethylimidazol und 1,1'-Carbonylbis(2-Methyl)imidazols.
Das hier beispielhaft eingesetzte 1,1'-Carbonylbis(2-Methyl)imidazol ist als Härtungskatalysator für die hier in Rede stehende Technologie auch deshalb geeignet, weil er in der Lage ist, bereits mit niedrigen Gehalten säureanhydridfreier Tränkharze auf Epoxidharzbasis zu gelieren und zu härten. Bereits mit 2 Gew.-%, bezogen auf einen säureanhydridfreien Bisphenol-F-Diglycidylether, des 1,1'-Carbonylbis(2-Methyl)imidazols können bei 70°C Gelierzeiten zwischen 2 und 3 Stunden eingestellt werden. Dazu zeigt 2 die Gelzeiten von 1,1'-Carbonylbis(2-Methyl)imidazols in destilliertem Bisphenol-F-Diglycidylether (Gelnorm).
3 zeigt die Wärmestrommessung einer gemäß dem oben beschriebenen Beispiel hergestellten Formstoffs. Zu sehen ist die Glasübergangstemperatur eines mit 3 Gew.-% 1,1'-Carbonylbis(2-Methyl)Imidazol in destilliertem Bisphenol-F-Diglycidylether für 1 Stunden bei 180°C gehärteten Formstoffs.
Als Bandkleber wird bei Vorliegen der genannten kovalent-verbrückten Di-Imidazol-Derivate und/oder kovalent-verbrückten Di-Pyrazol-Derivate als Härtungskatalysator vorzugsweise ein Bandkleber, wie er in der DE 102015205328.8 beschrieben ist, deren Offenbarungsgehalt hiermit zum Gegenstand der vorliegenden Beschreibung gemacht wird, eingesetzt.
Des Weiteren kann im festen Isolationswerkstoff beispielsweise eine Verbindung, ausgewählt aus der folgenden Gruppe:
Tricyclomethandimethanol (CAS-Nr. 26896-48-0 bzw. 26160-83-8),
Trimethylolpropan (CAS-Nr. 77-99-6),
dendritische, hydroxy-funktionale Polymere (CAS-Nr. 326794-48-3 bzw. 462113-22-0),
Polycaprolactontriole (CAS-Nr. 37625-56-2),
Polycaprolactontetrole (CAS-Nr. 35484-93-6)
als Bandkleber eingesetzt werden.
Der Bandkleber verbindet den zumindest einen Träger und den Barrierewerkstoff im festen Isolationswerkstoff. Er ist im festen Isolationswerkstoff in einer Menge im Bereich von 1 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 2 bis 15 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 10 Gew.-% enthalten.
Im festen Isolationswerkstoff liegt ein Träger in Form von Gewebtem, wie z. B. Glasfasergewebe, nicht Gewebtem („non-woven”), wie z. B. Vlies, insbesondere ein Polyestervlies, Papier und/oder Folie vor. Dabei kann der Träger in Form einer Folie auch perforiert sein.
An, in und/oder auf diesem Träger befindet sich im festen Isolationswerkstoff der, bevorzugt partikelförmige, Barrierewerkstoff.
Der Barrierewerkstoff liegt bevorzugt zumindest zum Teil plättchenförmig vor. Insbesondere kann beispielsweise Glimmer als Barrierewerkstoff eingesetzt werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird ein beschichteter partikelförmiger Barrierewerkstoff eingesetzt. Insbesondere kann es sich um einen metalloxidisch beschichteten partikelförmigen Barrierewerkstoff handeln, beispielsweise um Zinn-, Zink-, Titan-oxidisch beschichtete Partikel handeln.
Dabei ist gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen, dass es sich um eine dotierte Beschichtung des partikelförmigen, insbesondere plättchenförmigen Barrierewerkstoffes handelt.
Der Bandkleber verbindet den zumindest einen Träger und den Barrierewerkstoff im festen Isolationswerkstoff. Er ist im festen Isolationswerkstoff in einer Menge im Bereich von 1 bis 30 Gew.-%, bevorzugt 2 bis 15 Gew.-%, besonders bevorzugt 5 bis 10 Gew.-% enthalten.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung liegt der Härtungskatalysator auch „Band-Härtungskatalysator oder auch „Bandbeschleuniger” genannt im festen Isolationswerkstoff in einer Konzentration kleiner 10 Gew.-%, beispielsweise von 0,001 Gew.-% bis 7,5 Gew.-%, bevorzugt im Bereich von 0,01 bis 5 Gew.-%, besonders bevorzugt von 0,1 Gew.-% bis 3,5 Gew.-%, vor, so dass Gelierzeiten von mehreren Stunden realisierbar sind.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung initiiert der Härtungskatalysator die Polymerisation des Imprägnierharzes bei Temperaturen im Bereich von 20°C bis 100°C, bevorzugt von 50°C bis 80°C und insbesondere bevorzugt von 55°C bis 75°C.
Zur Erreichung einer geforderten Lagerstabilität im festen Isolationswerkstoff, beispielsweise bei Raumtemperatur und insbesondere bei mehreren Stunden andauernder Vakuumvorhalte- und Imprägniertemperatur, ist der Härtungskatalysator vergleichsweise inert zum Bandklebermaterial. Dies insbesondere auch unter den Bedingungen der Vakuumvorhalte- und/oder Imprägniertemperatur, die beispielsweise im Bereich zwischen 20°C und 100°C liegt, insbesondere zwischen 50°C bis 80°C, am bevorzugtesten zwischen 55°C bis 75°C. Beispielsweise als Bankleber geeignet sind Diole, Triole und/oder Polyole.
Die Erfindung betrifft einen festen, insbesondere bandförmigen Isolationswerkstoff, dessen Verwendung in einem Vakuumimprägnierverfahren und ein damit hergestelltes Isolationssystem sowie eine elektrische Maschine mit dem Isolationssystem, insbesondere für den Mittel- und Hochspannungsbereich, nämlich für Mittel- und Hochspannungsmaschinen, insbesondere rotierende elektrische Maschinen im Mittel- und Hochspannungsbereich sowie Halbzeuge für elektrische Schaltanlagen. Der feste Isolationswerkstoff und das damit hergestellte Isolationssystem zeichnen sich dadurch aus, dass es anhydridfrei herstellbar ist.
Im Vergleich zum Stand der Technik der anhydridhaltigen Tränkharze wie beispielsweise einem N-alkylsubstituierten Piperazinderivat, sind die Kondensationsprodukte, wie Di-Imidazol-Derivate und/oder Di-Pyrazol-Derivate, insbesondere aus Imidazol, 2-Methylimidazol und 2-Ethylimidazol, besonders geeignete Verbindungen als Härtungskatalysatoren, denn

a) die durch anionische Polymerisation erreichbaren Glasübergangstemperaturen mit säureanhydridfreien Imprägnierharzen auf Diglycidyletherbasis sind sehr viel höher als bei Verwendung des N-alkylsubstituierten Piperazinderivats.
b) (1,2-substituierten)Imidazole gelieren und härten(!) säureanhydridfreie Imprägnierharze mit geringeren Gehalten als ein N-alkylsubstituiertes Piperazinderivat

„Einfache” (Alkyl)Imidazole (z. B. 1,2-Alkylimidazole wie 1,2-Dimethylimidazol) sind per se nicht vakuumstabil und oft schon bei Raumtemperatur sehr dünnflüssige Liquide; sie können daher sehr leicht im Vakuum bei erhöhter Temperatur während der Evakuier- und Vortrocknungsphase der zu imprägnierenden Statoren aus dem Glimmerbandbindemittel migrieren und im schlimmsten Falle während der Flutungsphase der VPI-Tränkung zu einer Tränkharzkontamination fuhren. Das Tränkharz umfasst üblicherweise ca. 20 Tonnen und sollte keinen merklichen Viskositätsanstieg durch Kontamination erfahren, da sonst die Harzauffrischphasen verkürzt werden müssten. Eine Verunreinigung mit Beschleuniger aus den Glimmerbändern ist demnach unbedingt zu vermeiden.
Durch die kovalente Verknüpfung zweier 1H-2-Alkylimidazole an der 1H-Position der N-Heterozyklen, insbesondere des 1H-2-Methylimidazols oder des 1H-2-Ethylimidazols, an ein Zentrum X ist es nunmehr möglich einen Härtungskatalysator zur Verfügung zu stellen, der die Anforderungen für die diversen Imprägnierklassen erfüllt und eine ausreichend niedrige Flüchtigkeit hat. Weiterhin können die Di-Imidazole gezielt weitermodifiziert werden, um z. B. Eigenschaften wie Hydrolyse-Beständigkeit zu verbessern.
In zahlreichen Versuchen hat sich gezeigt, dass z. B. 1,2-Dimethylimidazol mit 2 Gew.-% bezogen auf das säureanhydridfreie Epoxidharz, hohe Glasübergänge von bis zu 150°C bei sonst identischen Härtungsszenarien liefert, wohingegen der Stand der Technik-Härtungskatalysator nur etwa 90°C als Glasübergang in säureanhydridfreien Glycidyletherepoxidharzen produziert. Aufgrund des hohen Dampfdruckes der 2-Alkylimidazole und der hohen Fluidität, ist jedoch ein Dispergieren reiner Imidazole in das Glimmerbandbindemittel mit der späteren Gefahr verbunden, dass die Evakuierphase (70°C, 0.1 mbar für bis zu 72 Stunden) zu einem Abdampfen bzw. Migrieren des flüchtigen Alkylimidazols führt und sich an kälteren Stellen der Imprägnierapparatur anreichert. Bei der Harzflutungsphase wird so mit einer Kontamination gerechnet.
Durch die kovalente Anbindung zweier Alkylimidazole an ein Zentrum X erfolgt eine Reduzierung der Flüchtigkeit. Dadurch wird eine Migration aus dem Glimmerbandbindemittel wirkungsvoll retardiert.
Gemäß den hier offenbarten kovalent-verbrückten Di-Imidazol-Derivaten und/oder kovalent-verbrückten Di-Pyrazol-Derivaten als Härtungskatalysatoren die beispielsweise Kondensationsprodukte und/oder Additionsprodukte sind, weisen Härtungskatalysatoren in festen Isolationswerkstoffen, aufgrund der Molekülvergrößerung und ggf. zusätzlicher Wechselwirkungen am vormals elektrophilen Zentrum, eine geringere Flüchtigkeit auf als die einfachen (Alkyl)Imidazole. Trotz dieser geringeren Flüchtigkeit ist die Reaktivität gegenüber säureanhydridfreien Tränkharzen auf Epoxidharzbasis im Vergleich zu einfachen (Alkyl)Imidazolen nicht oder nur unwesentlich negativ beeinflusst. Somit stellen diese Systeme ausgezeichnete Härtungskatalysatoren von säureanhydridfreien Tränkharzen auf Epoxidharzbasis dar.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014219844 [0010]
DE 102014221715 [0010]
DE 102015205328 [0010, 0028]
DE 102015202053 [0010]
DE 102015208527 [0010]
DE 102015204885 [0010]

Claims

Fester Isolationswerkstoff, der zusammen mit einem anhydridfreien Imprägniermittel zur Herstellung eines Isolationssystems in einem Vakuumimprägnierprozess einsetzbar ist, wobei dieser einen Träger, einen Barrierewerkstoff, einen Härtungskatalysator und einen Bandkleber umfasst, der Härtungskatalysator und der Bandkleber zueinander inert sind, aber unter den Bedingungen der Vakuumimprägnierung mit einem anhydridfreien Imprägniermittel mit Gelierzeiten von 1 h bis 15 h bei Imprägniertemperatur abreagieren, wobei der Härtungskatalysator ein kovalent-verbrücktes Di-Imidazol-Derivat und/oder ein kovalent-verbrücktes Di-Pyrazol-Derivat ist.
Isolationswerkstoff nach Anspruch 1, der als Härtungskatalysator eine Verbindung, der allgemeinen Struktur I und/oder II umfasst:
wobei R₁, R₂, R₃ = Alkylreste – und/oder Arylreste sind, die derivatisiert oder nicht derivatisiert, verzweigt oder unverzweigt, cyclisch oder linear, mit einer Anzahl an C-Atomen von 1 bis 20, insbesondere von 1 bis 12 vorliegen können; und/oder das Zentrum X gleich einer Teilstruktur, ausgewählt aus den folgenden Teilstrukturen: C=O O=S=O H-C-H CH3-C-CH3 CH3-C-H C=N-R C=N-OR C=N-NHR C=N-NH-CO-NH2 OR-C-OR SR-C-SR
ist.
Isolationswerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 oder 2, wobei als Härtungskatalysator ein Kondensationsprodukt aus einem Alkyl-Imidazol oder einem Alkyl-Pyrazol, ausgewählt aus der Gruppe folgender Verbindungen 1H-Imidazol (CAS-Nr. 288-32-4), 1H-2-Methylimidazol (CAS-Nr. 693-98-1), 1H-2-Ethylimidazol (CAS-Nr. 1072-62-4), 1H-Pyrazol (CAS-Nr. 288-3-1), 1H-3,5-Dimethylpyrazol (CAS-Nr. 67-51-6) ist.
Isolationswerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, der als Härtungskatalysator eine Verbindung umfasst, die ein Kondensationsprodukt aus einem (Alkyl-)Imidazol und/oder einem (Alkyl-)Pyrazol und Phosgen ist.
Isolationswerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, der als Bandkleber ein Additionsprodukt aus einem Bisphenol, Diol, Triol und/oder höherem Alkohol, nachfolgend als Segment „A(OH)_n” bezeichnet, mit Cyclohexenoxid und/oder einem Cyclohexenoxidderivat, nachfolgend als Segment „Cy” bezeichnet, umfasst, wobei A(OH)_n ausgewählt ist aus der Gruppe folgender Verbindungen: – Mono-Ethylenglycol (C₂H₄)(OH)₂, Butandiole (C₄H₈)(OH)₂, Butendiole (C₄H₆)(OH)₂, Butindiol (C₄H₄)(OH)₂, Polyethylenglykole H(OC₂H₄)_x(OH)₂ mit x = 1 bis 5000, Propylenglykol (C₃H₆)(OH)₂, Polypropylenglykole H(OC₃H₆)_x(OH)₂ mit x = 1 bis 5000, Diethylenglykol (C₂H₈O)(OH)₂, Propandiole (C₃H₆)(OH)₂ _, Neopentylglycol (C₅H₁₀)(OH)₂, Cyclopentandiole (C₅H₈)(OH)₂, Cyclopentendiole (C₅H₆)(OH)₂, Glycerin (C₃H₅)(OH)₃, Pentandiole (C₅H₁₀)(OH)₂, Pentaerythritol (C₅H₈)(OH)₄, Hexandiole (C₆H₁₂)(OH)₂, Hexylenglykole (C₆H₁₂)(OH)₂, Heptandiole (C₇H₁₄)(OH)₂, Octandiole (C₈H₁₆)(OH)₂, Polycaprolactondiole, Polycaprolactontriole, Hydrochinon (C₆H₄)(OH)₂, Resorcinol (C₆H₄)(OH)₂, (Pyro)Catechol (C₆H₄)(OH)₂, Rucinol (C₁₀H₁₂)(OH)₂, Triethylenglycol (C₆H₁₂)(OH)₂ – vollaromatisches, teilhydriertes und/oder vollhydriertes Bisphenol-A (C₁₅H₁₄)(OH)₂, (C₁₅H₂₈)(OH)₂, Bisphenol-F (C₁₃H₁₀)(OH)₂, Bisphenol-S (C₁₂H₈O₂S)(OH)₂ – Tricyclodecandimethanol (C₁₂H₁₈)(OH)₂, Glycerincarbonat (C₄H₅)(OH)₁.
Isolationswerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, der als Bandkleber eine Verbindung, ausgewählt aus der Gruppe folgender Verbindungen: Tricyclomethandimethanol (CAS-Nr. 26896-48-0 bzw. 26160-83-8), Trimethylolpropan (CAS-Nr. 77-99-6), dendritische, hydroxy-funktionale Polymere (CAS-Nr. 326794-48-3 bzw. 462113-22-0), Polycaprolactontriole (CAS-Nr. 37625-56-2), Polycaprolactontetrole (CAS-Nr. 35484-93-6), umfasst.
Isolationswerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, der Härtungskatalysator in einer Menge von weniger als 10 Gew.-% enthält.
Isolationswerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, der Bandkleber in einer Menge im Bereich von 1 bis 30 Gew.-% enthält.
Isolationswerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der einen Träger in Form von Gewebtem, nicht Gewebtem und/oder Folie umfasst.
Isolationswerkstoff nach Anspruch 9, der eine Folie, die perforiert ist, umfasst.
Isolationswerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der einen partikelförmigen Barrierewerkstoff umfasst.
Isolationswerkstoff nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der partikelförmige Barrierewerkstoff zumindest teilweise plättchenförmige Barrierewerkstoff-Partikel umfasst.
Isolationswerkstoff nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Partikel des Barrierewerkstoffes beschichtet sind.
Isolationswerkstoff nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Beschichtung ein Metalloxid umfasst.
Isolationswerkstoff nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Beschichtung dotiert ist.
Verwendung eines durch Vakuumimprägnierung mit einem festen Isolationswerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 15 hergestellten Isolationssystems in Mittel- und Hochspannungsmaschinen, insbesondere rotierende elektrische Maschinen im Mittel- und Hochspannungsbereich sowie in elektrischen Schaltanlagen, Mittel- und Hochspannungsanwendungen, Durchführungen, Transformatordurchführungen, Generatordurchführungen und/oder HGÜ-Durchführungen, sowie in entsprechenden Halbzeugen.
Elektrische Maschine, bevorzugt rotierende elektrische Maschine, besonders bevorzugt rotierende elektrische Maschine im Mittel- und Hochspannungsbereich sowie elektrische Schaltanlage, Mittel- und Hochspannungsanwendung, Durchführung, Transformatordurchführung, Generatordurchführung und/oder HGÜ-Durchführung, sowie entsprechendes Halbzeug, die ein Isolationssystem, hergestellt aus einem festen Isolationswerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 15 umfasst.