-
Verfahren zur Herstellung eines kautschukelastischen Silikonisolierbandes
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung eines elektrischen Isolierbandes
mit kautschukelastischen Eigenschaften, das sich vorzugsweise für die Isolierung
von Wicklungen elektrischer Maschinen verwenden läßt. Bisher hat man hierfür an
den Stellen, an denen um Ecken herum und an unebenen Stellen, wie Wickelköpfen,
Spulen u. dgl., gewickelt werden muß, ein lackiertes Leinenband als Isolation verwendet.
Solche lackierten Bänder haben eine höchste Betriebstemperatur von ungefähr
105' C.
Viele elektrische Maschinen sollen aber bei Betriebstemperaturen
von 180' C und höher betrieben werden. Das Isolierband muß daher nicht nur
Temperaturen von 180' C und höher aushalten, sondern es muß bei diesen Temperaturen
auch gute dielektrische Eigenschaften, eine hohe Elastizität und eine große Zugfestigkeit
besitzen.
-
Es ist bereits bekannt, elektrische Isolierbänder aus einer Unterlage
von Glasgewebe herzustellen, auf die ein organopolysiloxanes Elastomer (kautschukelastisches
Silikon) aufgebracht ist. Solche Bänder besitzen nicht die nötige Elastizität, um
wiederholtes, abwechselndes Anspannen und Nachlassen zu gestatten, wodurch ein gleichmäßiges
Bewickeln um scharfe Ecken herum und von unebenen Flächen erhalten werden kann.
Das beruht darauf, daß diese Bänder aus gerade gewebtem Glasgewebe hergestellt sind.
Bei der Herstellung von Glasgewebe werden äußerst feine Glasfasern züi Fäden oder
Strängen gedreht, die dann zu einem bestimmten, Muster ineinandergewebt werden.
Ein auf diese Weise bereitetes Glasgewebe läßt sich nicht strecken.
-
Es sind auch bereits schräggewebte Glasgewebe bekannt, bei denen die
Fäden in Winkeln von 45' zu beiden Seiten der Endkanten liegen. Diese Gewebe fasern
leicht aus und lauen sich besonders bei schmalen Bändern leicht auseinanderziehen.
Man hat versucht, dies dadurch zu beheben, daß die Fäden des Gewebes in Längsrichtung
des Bandes spitzwinklig verkreuzt werden. Aber auch hierdurch läßt sich eine unerwünscht
große Dehnbarkeit des Isolierbandes nicht immer verhindern.
-
Die Erfindung schafft hier Abhilfe. Die Erfindung geht von einem Verfahren
zur Herstellung eines kautschukelastischen Silikonisolierbandes aus, bei dem auf
eine aus einem, Glasgewebe bestehende Unterlage ein aushärtbares Organopolysiloxan
aufgebracht und ausgehärtet wird. Gemäß der Erfindung wird als Unterlage ein in
an sich bekannter Weise mit einem Überzug aus einem Bindemittel versehenes, schräggewebtes
Glasgewinde verwendet; nach dem Aushärten des aufgebrachten Organopolysiloxans wird
das durch den Bindemittelüberzug gebildete Bindemittelgerüst durch eine auf das
Band wirkende Zugkraft aufgebrochen. Auf diese Weisc entsteht ein kautschukelastisches
Silikonisolierband, das sich besonders zum gleichmäßigen Bewickeln von scharfen
Ecken und unebenen Flächen der Wicklungen elektrischer Maschinen -eignet. Außerdern,
hält ein solches. Isolierband Temperaturen von 1801 C und mehr aus.
-
Durch das beispielsweise aus Leim bestehende Bindemittelgerüst wird
die gegenseitige Scheuerwirkung der Glasfasern des Gewebes verringert. Die Glasfasern
werden als Fäden zusammen-gehalten, und diese Fäden werden in ihrer Schräglage festgelegt
und festgehalten. Durch das Aushärten des auf das Gewebe aufgebrachten Organopolysiloxangels
entsteht ein Elastomer, das zähe an dem Gewebe haftet. Wird nun das Gewebe unter
einer Zugspannung gestreckt, die ausreicht, um das Bindemittelgerüst zu brechen,
ohne das ausgehärtete organopolysiloxane Elastomer zu beschädigen, so werden die
einzelnen Fäden des Gewebe von der durch das Bindemittel erzwungenen festgelegten
Anordnung befreit. Der Überzug aus gehärtetem organopolysiloxanem Elastomer verleiht
dann- dem Isolierband eine Kautschukelastizität und hält es zu einem einheitlichen
Ganzen. zusammen. Durch die Erfindung wird also erreicht, daß das Isolierband
eine
für die Bewicklung von unebenen Stellen der Wicklungen elektrischer Maschinen ausreichende
Elastizität aufweist, ohne daß eine zu große Dehnbarkeit des Bandes eintritt, die
seine Verwendbarkeit für diesen Zweck beeinträchtigt.
-
Während in Fig. 2 ein nach dem Verfahren gemäß gestelltes Isolierband
wiedergegeben der Erfindung herg ist, sei das Verfahren gemäß der Erfindung an Hand
der schematischen Darstellung der Fig. 1 erläutert.
-
In Fig. 1 ist auf der Walze 12 das Glasgewebe 10
aufgerollt.
Das Glasgewebe 10 ist schräg gewebt. Seine ineinandergewebten Fäden sind
mit Leim überzogene Glasfasern. Der Leim kann aus Stärke, Gelatine, einem Amin,
einem Harz, z. B. einem Silikonlack, oder einem Pflanzenöl in beliebigem Mischungsverhältnis
bestehen. Einen vorzugsweise verwendeten Leim ergibt eine Mischung von Stärke, und
Pflanzenöl. Das Gewebe ist etwa 900 mm breit, kann nach Bedarf aber auch
schmaler oder breiter gehalten werden.
-
Das Gewebe tritt zuerst in eine Befestigungszone ein, indem es über
die Walzen 14 und 16 in den Behälter 18 läuft. Hier wird es mit einem
dünnen überzug aus einem flüssigen Bindemittel 20 überzogen, das bei höheren Temperaturen
fest wird. Das mit dem flüssigen Bindemittel überzogene Glasgewehe kommt aus dem
Behälter 18 heraus und läuft durch den mit Heizelementen 28 versehenen
Ofen 26, in dem eine für die Härtung des flüssigen Bindemittels zu einem
dünnen, festen Überzug geeignete Temperatur aufrechterhalten wird.
-
Das flüssige Bindemittel dient dazu, die einzelnen Fäden des Gewebes
in einer schräggewebten Anordnung festzulegen, und besteht aus einem Material, das
sich niit Organopolysfloxanen verträgt. Beispielsweise eignen sich als Bindemittal:
Stärke, Pflanzenöle, Polyvinylazetat, ölmodifizierte phenolische Harze, Phünylmethylsiloxane.
-
Es hat sich gezeigt, daß man die besten Ergebnisse erhält, wenn die
Menge des auf dem Glasgewebe vorhandenen Bindemittels zwischen ungefähr
3 und 15
Gewichtsprozent des Glasgewebes schwankt. Falls wesentlich
weniger Bindemittel als 3 Gewiehtsprozent verwendet sind, werden die Vorteile
der Erfindung nicht erreicht, weil sich die Fäden voneinander trennen und das Gewebe
bei der nachfolgenden Behandlung auseinanderbricht. Eine wesentlich größere Menge
Bindemittel als 15 Gewichtsprozent ergibt hingegen eine Blasenbildung des
Bindemittels bei der nachfolgenden Wärmebehandlung.
-
Das Gewebe mit dem darauf befindlichen Überzug aus Bindernittel läuft
dann über die Führungsrollen 29, 30 und 31 durch eine Zone, in der
es mit Gel gen wird. Beim Eintritt in diese Zone läuft das überzog Gewebe unter
der Walze 32, die in der Wanne 34 hängt. Diese Wanne enthält die flüssige
Mischung 36,
die aus einem organopolysiloxanen Gel in einem oder mehreren
organischen Lösemitteln, wie z. B. Toluol, Xylol, Naphtha, besteht. Ein Überzug
des organopolysiloxanen Gels wird auf beide Seiten des Glasgegewebs aufgebracht,
wenn es die Wanne 34 verläßt.
-
Das überzogene Gewebe tritt dann in eine Heizzone ein und läuft dabei
der Reihe nach durch den Trocken- und Härteturin 38, der mit Heizelementen
39 ausgestattet ist. Der Turm 38 besitzt drei Zonen, und zwar eine
niedrige Zone, wie bei 40 angedeutet, die ungefähr 3 in lang ist, in der
die Temperatur von ungefähr Zimmertemperatur (25 bis 351' Q in ihrem
unteren Gebiet auf etwa 80' C in ihrem oberen Gebiet ansteigt, eine Zwischenzone,
wie bei 42 angedeutet, dir, ungefähr 2 in lang, ist, in der die Temperatur von etwa
80' C im unteren Gebiet auf etwa 135' C im oberen Gebiet ansteigt,
und eine oberste Zone, wie bei 44 angedeutet, die ungefähr 4 in lang ist, in der
die Temperatur von unten nach oben von 135 auf 290' C ansteigt.
-
Das Gewebe läuft durch den Turm 38 mit einer Geschwindigkeit
von ungefähr 450 mm pro Minute. Während dieser Zeit wird der Überzug aus organopolysiloxanem
Gel zu einem elastomerischen festen Körper gehärtet, der zähe an beiden Seiten
des, Glasgewebes haftet.
-
Die Menge des auf das Glasgewebe aufgebrachten organopolysiloxanen
Gels kann, schwanken zwischen verhältnismäßig weiten Grenzen. Es kann also das Gel
in solchen Mengen aufgebracht werden, daß die Schicht des gehärteten Organopolysiloxans
zwischen ungefähr 0,01 und 1,0 mm Stärke auf einer oder beiden Seiten
des Glasgewebes schwankt. Bänder mit einem gehärteten Siloxanüberzug von einer Dicke
zwischen ungefähr 0,05 und 0,1. mm auf beiden Seiten des Glasgewebes
eignen sich besonders zum Wickeln um scharfe Ecken und von unebenen Flächen, um
einen gleichmäßigen Isolierüberzug auf elektrischen Maschinen züi schaffen.
-
Nach dem Verlassen, des Turmes 38 läuft das mit dem organopolysiloxanen
Elastomer überzogene Glasgewebe über die Walzen. 46 und 48, die beide fließendes
kaltes Wasser enthalten, das das Gewebe und den gehärteten Überzug aus Organopolysiloxan
kühlt. Das gekühlte Gewebe tritt dann in eine Schlußzone ein, indem es unter der
Walze 50 läuft, und von da durch eine zusammengehörige Reihe von Walzen
52,
die das mit Siloxan überzogene Gewebe unter einer vorher bestimmten Spannung
hält, die ausreicht, um den in der Befestigungszorie auf das Gewebe aufgebrachten
Überzug aus Bindemittel zu brechen oder abzustreifen. Durch diese Anspannung wird
das Gewebe der Länge nach gestreckt und der Bindeüberzug gebrochen, wodurch die
einzelnen Fäden des Gewebes auf der festgelegten Anordnung befreit werden, die ursprünglich
durch das Bindemittel gehalten wurde. Das Gewebe selber bricht jedoch nicht auseinander,
da es durch den zähe anhaftenden Überzug des gehärteten elastomerischen Polysiloxans
zu einem einheitlichen Ganzen gebunden ist.
-
Das Gewebe kann der zum Brechen des Bindemittels benötigten
Zugspannung auf irgendeine bequeme und geeignete Weise unterzogen werden. Bei dem
in der Fig. 1 schematisch angeordneten Herstellungsverfahren wird dies dadurch
erreicht, daß die Walzen 54 mit einer größeren Geschwindigkeit angetrieben werden
als die Walze 50.
-
Es hat sich gezeigt, daß man die besten Ergebnisse erhält, wenn das
Gewebe einer Zugspannung von ungefähr 1 bis 11 kg pro Zentimeter Gewebebreite
,spannung wesentlich unterworfen wird. Falls die Zug geringer ist, wird der Bindeüberzug
nicht vollständig zerstört oder abgestreift. Eine größere Zugspannung hingegen zerreißt
oder zerbricht gegebenenfalls den elastomerischen, Überzug auf dem Band.
-
Das Gewebe mit dem abgestreiften Bindemittel läuft dann zwischen Schneidwalzen
56, die das Gewebe in eine Vielzahl von Bändern von gewünschter Breite zerschneiden,
die jeweils zwischen Führungswalzen 58 laufen und dann auf getrennten Aufwickelwalzen
60 aufgewickelt werden.
Bei dem in der Fig. 2 dargestellten
Isolierband 62
ist der Bindemittelüberzug 64 des Glasgewebes 10
aufgelöst
oder zerbrochen worden, wie bei 66 veranschaulicht. Der gehärtete überzug
aus Organopolysiloxan 68 ist zwischen die Fäden 70 des Gewebes
10
eingedrungen und bindet das Band zu einem einheitlichen Körper.
-
In der Wanne 34 befindet sich ein organopolysiloxanes Gel. Bekanntlich
enthalten Siloxanharze oder -gele Silizium-Sauerstoff-Verkettungen mit der charakteristischen
Struktur - Si - 0 - Si - und durchschnittlich 1,75 bis
2,25 einwertige, organische Radikale.
-
Das Verfahren gemäß der Erfindung läßt sich sehr gut mit Siloxangelen
oder -harzen durchführen, bei denen die Mehrzahl oder auch alle der einwertigen
organischen Radikalen Methylradikale sind.
-
Das beim Verfahren gemäß der Erfindung verwendete Siloxanelastomer
kann in an sich bekannter Weise durch das Hydrolysieren eines Dialkylsilanes oder
einer Mischung eines Dialkyl- und eines Diphenylsilanes hergestellt werden, wobei
die Silane im Durchschnitt ungefähr zwei leicht hydrolysierbare Gruppen
je Siliziumatom enthalten. Typische, leicht hydrolysierbare Gruppen sind
Halogene, z. B. Chlor oder Fluor, Alkoxyde, z. B. Methoxy- und Äthoxygruppen, und
Aminogruppen. Diese Siloxanelastomere sind nicht Gegenstand der Erfindung.
-
Wie im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 dargestellt, kann das
beim Verfahren gemäß der Erfindung verwendete Silikongel durch Tauchen aufgebracht
werden. Außer Tauchen können auch andere Verfahren zum überziehen verwendet werden,
z. B. Aufstreichen, Walzen, Bürsten oder Spritzen. Vorzugsweise werden die Gele
oder Harze in einem geeigneten Lösemittel wie Toluol, Xylol, Naphtha aufgelöst.
-
Anstatt das Silexangel mit Hilfe eines Katalysators unter Erwärinung
zu härten, kann das Gel auch durch eine Elektronenbestrahlung gehärtet werden. In
diesem Fall werden keine Peroxydkatalysatoren verwendet.
-
Siloxynharz oder -gel kann auf beiden Seiten des Gewebes oder nur
auf eine Seite aufgebracht werden. Wird es nur auf eine Seite aufgebracht, kann
auf die andere Seite ein druckempfindliches Haftmittel, z. B. Dimethylsilikon, aufgebracht
werden.
-
Zur Erläuterung des Verfahrens gemäß der Erfindung mögen die nachstehenden
Beispiele dienen: Beispiel 1
Auf einen Bogen eines geleimten, schräggewebten
Glasgewebes von ungefähr 9lOmm Breite mit einer Stärke von 0,lmm wird ein überzug
aus einem ölmodifizierten Phenolforrlialdehydharz in einer Menge von ungefähr
10 Gewichtsprozent des Gewebes aufgebracht und das Ganze auf 1501C
erhitzt. Der Bogen aus Glasgewebe läuft dann durch eine Wanne mit einer flüssigen
Mischung aus 100 Gewichtsteilen eines Dimethylsiloxangels, 50 Gewichtsteilen
Kalziumkarbonat, 3 Gewichtsteilen Benzoylperoxyd und einer Lösungsmischung
aus 100 Gewich,tsteilen Toluol und 50 Gewichtsteilen Naphtha. Das
mit Siloxan überzogene Glasgewebe läuft dann mit einer Geschwindigkeit von 460mm
pro Minute durch einen Härtetunn, ähnlich dem in Fig. 1 dargestellten Turm
38. Beim Austritt aus dem Härteturm hat sich das Siloxangel zu einem festen
Elastomer gehärtet. Anschließend wird das Gewebe, durch eine zusammengehörige Reihe
von Walzen geschickt und unter einem Zug von ungefähr 1,7 kg pro Zentimeter
Breite gesetzt, so daß das Bindemittelgerüst gebrochen wird, ohne daß der überzug
aus dem organopolysiloxanen Elastomer beschädigt wird. Das Gewebe wird dann in Streifen
gewünschter Breite zerschnitten.
-
Beispiel 11
Auf einen, Bogen eines geleimten schräggewebten
Glasgewebes von etwa 910 mm Breite mit einer Stärke von ungefähr
0,1 mm wird ein überzug aus einem ölniodifizierten Phenolformaldehydharz
in einer Menge von ungefähr 10 Gewichtsprozent des, Gewebes aufgebracht und
das Ganze auf 150' C erhitzt. Ein Siloxanharz aus 100 Gewichtsteilen
eines Dimethylsiloxan,gels gemischt mit 100 Gewichtsteilen Kalziumkarbonat
und 3 Gewichtsteilen Benzoylperoxyd wird auf eine Seite des Glasgewebes aufgebracht.
Das Gewebe mit dem Siloxanüberzug wird durch einen Heizturm geschickt, um das Gel
zu einem Elastomer zu härten. Das Gewebe wird dann einem Zug von ungefähr
1,7 kg pro Zentimeter Breite ausgesetzt, um den BindeÜbergang auf dem Gewebe
zu brechen, ohne den überzug aus gehärtetem elastomerischen Organopolysiloxan zu
brechen oder zu beschädigen. Ein druckernpfindliches Siloxanhaftmittel wird dann
auf das. Gewebe aufgebracht. Das Gewebe wird dann zu Bändern zerschnitten, die ohne
Schwierigkeit zusammengerollt und auseinanderge-rollt werden können, die jedoch
beim Aufbringen auf Spulen zähe aneinander haften.
-
Die Isolierbänder gemäß der Erfindung besitzen mehr Elastizität als
Bänder, bei denen der überzug nicht gebrochen ist. Wegen dieser Elastizität können
die Bänder glatt und gleichmäßig um Ecken herum und über unebene Flächen von elektrischen
Apparaten gewickelt werden.
-
Sollen die erfindungsgemäßen Isolierbänder um elektrische Apparate
herumgewickelt werden, so werden die Bänder während des Wickeln-s unter einem Druck
von ungefähr 0,3 bis 0,5 kg pro Zentimeter Breite gestreckt. Die Bänder
können dann dicht anliegend und gleichmäßig um ein elektrisches Gerät gewickelt
werden, da sie sich, unter diesen, Drücken strecken werden und dann infolge ihrer
Elastizität zurückspringen und nach Nachlassen des Druckes fest am Apparat haften.
-
Bänder, bei denen der überzug aus Bindemittel unbeschädigt ist, besitzen
nicht diese elastischen Eieenschaften, und es ist infolgedessen ein gleichmäßiges,
dicht anliegendes Bewickeln um Ecken herum und an unebenen Flächen unmöglich, auch
wenn solche Bänder unter Druck beim Wickeln gestreckt werden.
-
Wenn beim Wickeln mit Bändern, bei denen der überzug am Bindemittel
noch unbeschädigt ist, Drücke größer als etwa 11 kg pro Zentimeter Bandbreite
angewendet werden, wird der überzug aus Bindemittel brechen. Ungleichrnäßiges Bewickeln
wird jedoch auch dann erfolgen, da das Band sich an Ecken und auf unebenen Flächen
staucht.
-
Glattes, gleichmäßiges Bewickeln von elektrischen Apparaten kann man
nur erhalten bei Verwendung von Bändern gemäß der Erfindun& bei denen der überzug
aus Bindemittel während der Herstellung des Bandes gleichmäßig gebrochen worden
ist.