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Verfahren zur Herstellung einer gewickelten, festen elektrischen Leiterisolation
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von gewickelten, festen elektrischen
Leiterisolationen.
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Zur Isolierung elektrischer Leiter ist die Verwendung wärmehärtbarer
Organopolysiloxane erwünscht. So wurden Organopolysiloxane, die mit einem hydrierten
Diphenylbenzol plastifiziert oder weichgemacht waren, als Bindemittel für anorganische
Isolierstoffe verwendet. Auch niedrigviskose Methyl - Phenyl - Siliconharze wurden
zur Imprägnierung von anorganischen Stoffen und als Bindemittel verwendet. Es gelang
aber nicht, mit diesen Organopolysiloxanen, die nur gesättigte Substituenten tragen
und auf Grund ihrer niedrigen Viskosität zur Imprägnierung einer Isolation auf Leiteroberflächen
geeignet gewesen wären, eine zufriedenstellende Isolation herzustellen.
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Bei Verwendung von reaktionsfähigen Organopolysiloxanen, die reaktionsfähige
olefinische Gruppen, wie z. B. ; C = C -Gruppen, enthalten, aber eine relativ hohe
Viskosität über 5 Poise, vielfach sogar über 50 Poise bei 25°C haben, befriedigen
bei der in der Elektroindustrie meist als Isolation verwendeten Imprägnierung von
anorganischen Bändern aus Glimmer, Glas oder Asbest nicht. Sehr oft werden elektrische
Spulen mit vier bis fünfundzwanzig und mehr Lagen Glimmerfolien umwickelt. Um alle
Lücken, Poren und Zwischenräume in solchen Folien auszufüllen und eine feste und
vollkommen imprägnierte Isolation zu erzeugen, ist eine Masse mit sehr niederer
Viskosität erforderlich. Organopolysiloxane, die eine Viskosität von über 5 Poise
bei 25'C haben, durchdringen fünf Schichten einer Glimmerfolie nur ungleichmäßig,
auch bei Anwendung eines mehrere Tage andauernden Vakuums. Aus praktischen Gründen
ist es jedoch nötig, daß die Imprägnierungsmassen viele Schichten von Glimmerfolien
oder anderen festen Isolationen schnell durchdringen. Die imprägnierende Behandlung
soll weniger als 1 Stunde dauern. Außerdem zeigen die aus reaktionsfähigen Vinylpolysiloxanen
hergestellten, gehärteten, festen Harzprodukte gewöhnlich schlechte physikalische
Eigenschaften, wenn sie aus Flüssigkeiten niederer Viskositäten hergestellt wurden.
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So wurden nach einem bekannten Verfahren die Glimmerschüppchen durch
ein Polyesterharz auf einem Faserstoffband festgehalten, und das so erhaltene Band
wurde dann um einen Leiter gewickelt und nachfolgend in einem niedrigviskosen rein
organischen Harz, nämlich einem Polyesterharz, welches mit dem Bindeharz verträglich
ist, getränkt, und anschließend ausgehärtet.
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Es wurde jetzt überraschenderweise gefunden, daß man durch Verwendung
von viskosen bzw. viskosflüssigen, mindestens zwei Vinylgruppen enthaltenden Organopolysiloxanen
zum Imprägnieren bzw. Verbinden von anorganischen Fasermaterialien eine elektrische
Isolation mit verbesserten Eigenschaften erhält. Sie ist rissefrei und weist erhöhte
thermische Beständigkeit auf: Erfindungsgemäß verwendet man als Bindemittel für
das Bandmaterial ein Organopolysiloxan der Viskosität 100 bis 100000 Poise bei 25°C,
welches reaktionsfähige ; C = C::#-Gruppen, die direkt über Kohlenstoff an Silicium
gebunden sind, enthalten, wobei die Imprägnierung der Isolation erfolgt mit einem
vollständig polymerisationsfähigen, flüssigen Organopolysiloxan von einer Viskosität
von nicht mehr als 4 Poise bei 25'C, und dieses Organopolysiloxan mindestens 10
Gewichtsprozent eines niedrigviskosen, flüssigen Organopolysiloxans der Formel
enthält, worin R mindesten ein einwertiger Rest
ist, ausgewählt
aus der- Gruppe der Alkylreste mit nicht mehr als 4 Kohlenstoffatomen der Phenyl-,
Tolyl- und Xylylreste, R, mindestens ein einwertiger Rest, ausgewählt aus der Gruppe
der Methyl- und Vinylreste mit im Durchschnitt mindestens zwei. Vinylgruppen je
Molekül und n mindestens 2 ist und einen Durchschnittswert von 2 bis 10 hat, und
dieses Organopolysiloxan mit dem erstgenannten verträglich und mischbar ist.
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Die erfindungsgemäß zum Imprägnieren verwendeten Stoffe sind bekannt
bzw. an anderer Stelle vorgeschlagen. Ein Schutz für die gemäß der Erfindung verwendeten
Organopolysiloxane wird nicht beansprucht.
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Die verwendeten Organopolysiloxane von niedriger Viskosität sind in
der Lage, bereits bei Temperaturen zwischen 100 und 200°C vollkommen zu reagieren.
Insbesondere schließen sie Organopolysiloxane ein, die eine niedrige Viskosität
und einen niedrigen Dampfdruck bei Temperaturen bis zu 100°C und höher haben.
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Ist n = 2 bis 10, dann liegt die Viskosität zwischen 10 und 100 eP
bei 25'C. In den thermisch beständigsten und zugleich niedrigstviskosen, flüssigen
Organopolysiloxanen ist R in der Formel (1) entweder Methyl oder Phenyl.
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Organopolysiloxane der obigen Formel, worin n = 1 ist, sind vollkommen
flüchtig. Beim Erhitzen von Spulen auf 100 bis 140°C, die mit Organopolysiloxanen,
in denen n = 1 ist, imprägniert sind, beobachtet man eine reichliche Rauch- und
Dampfentwicklung. Bei Verwendung von Organopolysiloxanen, in denen n = 2 ist, beobachtet
man dagegen eine bemerkenswerte Abnahme des Dampfdruckes. Selbst bei einem Druck
von 0,1 mm Hg sieden sie erst bei Temperaturen von 85 bis 100°C. Infolgedessen ist
es vorteilhaft, wenigstens ein Minimum an Organopolysiloxan mit n = 1 zu verwenden.
Geringe Mengen an Trisiloxanverbindung können in einigen Fällen verwendet sein.
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Besonders geeignete Organopolysiloxane entsprechen der Formel
R' bedeutet einen einwertigen Rest, ausgewählt aus der Gruppe der Methyl- und Phenylreste,
und R, bedeutet einen einwertigen Rest, ausgewählt aus der Gruppe der Methyl- und
Vinylreste, mit im Durchschnitt mindestens zwei Vinylgruppen je Molekül, und n ist
mindestens gleich 2.
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Besonders niederviskose Flüssigkeiten entsprechen der Formel
wobei n mindestens gleich 2 und im Durchschnitt 2 bis 10 ist. Bei Flüssigkeiten,
die der Formel (1) entsprechen und eine Viskosität von annähernd 10 bis 40 cP bei
25°C haben, hat n einen Durchschnittswert von 2,0 bis 3;5. Hat n in der Formel (3)
einen Durchschnittswert von 2,5, so hat die Flüssigkeit eine Viskosität von annähernd
15 cSt bei 25°C, und wenn n einen Durchschnittswert von 3 hat, dann beträgt die
Viskosität annähernd 20 eSt bei 25°C.
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Manchmal ist es erwünscht, daß man die flüssigen Organopolysiloxane
der Formel (1) im Gemisch mit viskoseren Organopolysiloxanen, die die reaktionsfähige
Gruppe @ C = C -- enthalten, verwendet. Solche verträglichen Gemische von Organopolysiloxanen
haben eine Viskosität höher als 0,2 Poise bei 25°C, meist 1 bis 4 Poise bei 25°C.
Sie sind unter Normalbedingungen zäh und dehnbar. Die festen, ausgehärteten Isolationen
haben vorzügliche Eigenschaften.
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Die erfindungsgemäß verwendeten Organopolysiloxane haben beim Übergang
vom flüssigen in den festen Zustand eine sehr niedere Schrumpfung. Die Volumenschrumpfung
der Organopolysiloxane allein ist ungefähr 4 bis 501, Dies ist insofern eine
sehr günstige Eigenschaft, als die meisten Harze beim 1Jbergang aus dem flüssigen
in den wärmegehärteten Zustand viel stärker schrumpfen, wobei sich Nachteile ergeben,
wie z. B. Sprung- und Rißbildung, die zur Bildung von Zwischenräumen u. ä. führen.
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Durch Einarbeitung von Füllstoffen, wie z. B. feinverteiltem Siliciumdioxyd,
kann man die Schrumpfung noch reduzieren. Zum Beispiel wird eine Verbindung, die
zu 50 Volumprozent aus einem flüssigen Organopolysiloxan und zu 50 Volumprozent
aus Siliciumdioxyd (Maschengröße 300) besteht, beim Härten zu einem festen Körper
eine Schrumpfung von etwa 2 % haben.
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Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert.
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Fig. 1 ist ein Teil einer Spule, umwickelt mit einer Glimmerisolierung;
Fig.2 ist ein Längsschnitt durch einen Imprägnierungstank; Fig. 3 ist eine Aufsicht
einer Halbspule, angeordnet in einem Imprägnierungstank; Fig.4 ist ein Längsschnitt
durch einen Imprägnierungstank zur Imprägnierung von elektrischen Durchführungsklemmen.
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Gemäß der Erfindung erfolgt die Imprägnierung der Isolation von elektrischenLeitern,
die mit anorganischen Bändern, beispielsweise Glimmerbändern, umwickelt sind, mit
einem vollständig polymerisationsfähigen flüssigen Organopolysiloxangemisch solch
niederer Viskosität, daß alle Poren in der Isolation vollkommen ausgefüllt werden.
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Mit den gemäß der Erfindung verwendeten Organopolysiloxanen werden
mit Vorteil Glimmerisolierungen, insbesondere aus zusammengesetzten Glimmerbändern,
bestehend aus mehreren Lagen von Glimmerschichten oder Glimmerwicklungen, imprägniert,
was besonders schwierig ist. So haben Versuche gezeigt, daß, wenn ein Leiter mit
einem Glimmerband aus fünfzehn bei fünfundzwanzig Lagen umwickelt ist, die gesamte
Stärke des Glimmerbandes nur dann befriedigend in verhältnismäßig kurzer Zeit imprägniert
werden kann, wenn die Viskosität des Imprägnierungsmittels weniger als 0,5 Poise
bei 25°C beträgt. Bei Anwendung von Drücken bis zu 2,8 kg/cm' ist es möglich, zwölf
bis sechzehn Lagen von Glimmerbändern mit Organopolysiloxanen der Viskosität von
etwa 1 Poise bis 25'C zu imprägnieren. Während Leiter, die mit vier bis sechs Lagen
eines Glimmerbandes umwickelt
sind, für eine hinreichende Imprägnierung
mit einem flüssigen Organopolysiloxan von einer Viskosität von 4 Poise bei 25°C
4 bis 6 Stunden erfordern, konnte die Imprägnierzeit auf 1 Stunde reduziert werden,
wenn die flüssigen Organopolysiloxane einem Druck von 2,8 kg/cm' unterworfen wurden.
Es ist zu bemerken, daß Imprägniertanks, die bei solchen Drücken arbeiten, kostspielig,
die Betriebskosten hoch und die Probleme, denen man bei ihrer Verwendung und Instandhaltung
begegnet, beträchtlich sind.
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Um die zur Isolation von elektrischen Leitern verwendeten Glimmerschichten
mit Erfolg imprägnieren zu können, werden sie in Form eines zusammengesetzten Bandes
oder einer Wicklung mit einem flüssigen Binder behandelt, der erfindungsgemäß eine
Viskosität von 100 bis 100000 Poise bei 25°C besitzt. Weiter muß der viskose, flüssige
Binder aus einem Organopolysiloxan bestehen, das erstens verträglich ist mit den
früher erwähnten Organopolysiloxanen und zweitens reaktionsfähige ; C = C; -Gruppen
enthält, die direkt über Kohlenstoff an Silicium gebunden sind.
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Die für die erfindungsgemäße Verwendung geeigneten hochviskosen Organopolysiloxane
werden in einem organischen Lösungsmittel, wie z. B. Toluol, Xylol oder Benzol zu
einer 20- bis 50gewichtsprozentigen Lösung gelöst. Die so hergestellte Lösung wird
dann auf eine Lage Glimmerblättchen, die auf einer Folie, z. B. einer Glasfaserfolie,
angeordnet sind, aufgetropft, gewalzt oder gespritzt. Die so auf der Unterlage behandelten
Glimmerblättchen werden zur Entfernung des Lösungsmittels erhitzt. Das Erhitzen
wird so ausgeführt, daß der Organopolysiloxanbinder nicht härtet. Der in diesem
Zustand als hochviskose Flüssigkeit vorliegende Organopolysiloxanbinder ist in der
Glimmerfolie in einer Menge von 3 bis 20 Gewichtsprozent - bezogen auf die Glimmerfolie
-enthalten, wobei sich die Folie nicht gerade naß anfühlt, sondern in einigen Fällen
sogar trocken erscheint. Beim Versuch, die gebundenen Glimmerblättchen voneinander
oder von der Unterlage abzutrennen, fand man, daß sie durch die klebrige Schicht
des Organopolysiloxans untereinander und mit der Unterlage festgehalten werden.
In vielen Fällen kann es erwünscht sein, auf beiden Seiten der Glimmerschicht eine
dünne Folie aus Glas- oder Asbestgewebe zu verwenden, damit das Glimmerband oder
die Wicklung besser zu handhaben und seine Anbringung auf dem Leiter besser durchzuführen
ist.
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Im folgenden wird die Darstellung der Glimmerfolie beschrieben. Beispiel
1 Eine Folie aus Glasgewebe mit einer Dicke von 0,025 mm, auf welche eine Schicht
Glimmerblättchen in einer Stärke von annähernd 0,127 mm aufgebracht ist, wird eine
35°/oige Toluollösung eines Organopolysiloxans der Viskosität 5000 Poise bei 25°C
aufgetropft. Die Herstellung des Organopolysiloxans erfolgt auf bekannte Weise durch
Hydrolyse einer Toluollösung von 4 Mol Dichlorphenylvinylsilan und 6 Mol Dichlormethylphenylsilan.
Auf das Glimmerband wird eine 0,025 mm starke Folie aus Glasgewebe gelegt, und unter
leichtem Druck werden die Folien mit den Glimmerblättchen vereinigt. Zur Verdampfung
des Toluols wird die resultierende Folie einer kurzen Erwärmung auf 100°C unterworfen.
Diese Folie enthält annähernd 12 Gewichtsprozent Organopolysiloxane. Zur Verwendung
bei elektrischen Spulen wurde dann die Folie in Bänder geschnitten.
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Andere günstige Glimmerbänder konnten auch aus flüssigen Organopolysiloxanen
mit einer Viskosität von 25000 Poise hergestellt werden.
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Beispiel 1I 80 Teile eines polymerisierbaren, flüssigen Organopolysiloxans,
das nach bekannten Verfahren aus 37, 5 Teilen Diäthoxyphenylvinylsilan, 30 Teilen
Diäthoxydimethylsilan und 81 Teilen 1,4-Bis-(äthoxydimethylsilyl)-benzol dargestellt
worden war und die Viskosität von 6 Poise bei 25'C hat und durch Behandeln mit konzentrierter
Schwefelsäure in ein höherviskoses Öl übergeführt worden war, indem man 75 Teile
des 6-Poise-Öls in 75 Teilen Benzol löste und die Lösung 1 Stunde mit
800/, Schwefelsäure kräftig rührte, ergab ein Öl mit einer Viskosität von
5400 Poise bei 25°C, das direkt als Glimmerbinder verwendet werden kann.
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Dieses Organopolysiloxan wurde als eine 30°/oige benzolische Lösung
auf eine 0,18 mm starke Schicht aus Glimmerblättchen aufgebracht, die auf einem
0,025 mm dicken Glasgewebe liegen. Nach der Bedeckung der behandelten Glimmerblättchen
mit einem Glasfasergewebe von 0,025 mm Stärke wurde das Ganze leicht gewalzt und
dann in einem Ofen zur Entfernung des Benzols erhitzt. Das resultierende Glimmerband
enthielt 15 °/o Organopolysiloxan.
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Von dem flüssigen Organopolysiloxanbinder sollen im Bandmaterial maximal
25 Gewichtsprozent - bezogen auf das Glimmerband - vorhanden sein. Gute Resultate
erhielt man bei 5 bis 20 Gewichtsprozent. Wenn eine hohe Festigkeit des Bandes nötig
ist, kann die Menge des Organopolysiloxanbinders niedriger als 3 °/o - bezogen auf
das Glimmerband -sein.
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Zur Herstellung einer gewickelten, festen elektrischen Leiterisolation
wird beispielsweise das Glimmerband oder die Glimmerfolie auf die Oberfläche des
elektrischen Leiters in so vielen Lagen als der Spannung oder anderen elektrischen
Erfordernissen entspricht, aufgebracht. Dabei ist es gleichgültig, ob es sich um
einen einzelnen oder um mehrere Leiter handelt, wobei jeder Leiter wiederum aus
vielen Windungen bestehen kann. Der Leiter kann aus festen Stangen von Kupfer, Silber,
Messing oder einem anderen Metall oder auch aus einem resistenten Metall wie Eisen
oder einer Legierung bestehen. Er kann auch aus Kupferrohren oder aus Rohren von
Neusilber oder Phosphorbronze bestehen, die außen mit einem Kupferüberzug versehen
sind.
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In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Teil einer so isolierten Spule
10 gezeigt. Die Spule 10 besteht aus vier Windungen 12 eines
Leiters, auf welchem die Bandisolation 13 aufgebracht ist. Die Bandisolation
13
kann aus einem Glimmer-, Glas- oder Asbestband bestehen, das mit einem
Harz, z. B. einem Epoxydharz oder einem Organopolysiloxan, imprägniert und ausgehärtet
ist. Die Windungen der Leiter 12 sind lagenweise mit dem Glimmerband
14 umwickelt, das aus einer Grundfolie 16, einer Glimmerblättchenschicht
18
und einer Deckfolie 20 besteht, die erfindungsgemäß mit viskosen
Organopolysiloxanen der Viskosität 100 bis 100000 Poise bei 25°C verbunden
sind. Die Anzahl der verwendeten Glimmerbänder 14 ist von dem Verwendungszweck
abhängig. Falls nötig oder gewünscht, kann eine Glasbandwicklung 21 auf die
inneren
Lagen der Glimmerbandwicklung aufgebracht sein.
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Die mit dem Glimmer- und Glasband versehene Spule 10 wird dann
in einem Imprägniertank 22 der Fig. 2 vakuumimprägniert. Der Imprägniertank
22 ist versehen mit einem Rohr 74, durch welches das Organopolysiloxan
26 je nach Wunsch zu- oder abgeführt werden kann, und eines; passenden Deckel
28.
Am oberen Ende des Tanks ist ein Rohr 30 angebracht, das sowohl an eine
Vakuumpumpe angeschlossen sein kann als auch mit der Atmosphäre in Verbindung stehen
kann oder, falls zur Imprägnierung Druck erforderlich ist, an ein unter Druck stehendes
Gas, z. B. Stickstoff` oder Kohlendioxyd, angeschlossen ist. Die Spule
10 ist im Tank 22 auf einer Stütze 32 angebracht. Zweckmäßig
ist es, zunächst die Spule 10
auf die Stütze 32 in dem leeren Tank
22 zu stellen und dann am Rohr 30 Vakuum anzulegen, um Luft, Feuchtigkeit
und etwaige andere niederflüchtige Stoffe zu entfernen, die in der Spule
10 vorhanden sein können. Die Spule kann man auch zur vollkommenden Evakuierung
entweder vor oder auch nach der Einführung in den Tank 22 erhitzen. Anschließend
wird die Spule 10 in das flüssige Organopolysiloxan eingebracht, das erfindungsgemäß
eine Viskosität von nicht mehr als 4 Poise bei 25'C, vorzugsweise unter 50
cP, hat. Das Organopolysüoxan 26 wird über die Spule 10 aufgefüllt. Nach
Aufheben des Vakuums läßt man zur besseren Imprägnierung der Zwischenräume und Poren
des Glimmerbandes und der Räume zwischen den einzelnen Windungen 12 der Spule Normal-
oder Überdruck einwirken. Durch die erfindungsgemäße Verwendung der niederviskosen
Organopolysiloxane erfolgt die Imprägnierung der Spule 10 schnell und vollständig.
Im allgemeinen sind die Glimmerbänder und die Zwischenräume in weniger als einer
Stunde vollständig gefüllt. Der Tank wird dann geöffnet und die Spule für die nachfolgende
Härtung entnommen.
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Die mit dem Organopolysiloxan 26 imprägnierte Isolation läßt
man kurz abtropfen und gibt sie dann zur Aushärtung des Organopolysiloxans in einen
Ofen oder in eine erhitzte Form.
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In vielen Fällen wird die Spule 10 unmittelbar nach dem kurzen
oberflächlichen Abfließen mit einem undurchlässigen Film oder einer Folie umwickelt,
um ein Entweichen der Organopolysiloxane aus dem Innern der Glimmerwicklung zu vermeiden.
Hierfür sind Bänder aus polymerem Celluloseacetat, Polyvinylalkohol, Polytetrafluoräthylen,
Chloroprenkautschuk und Polyäthylenglykolterephthalat geeignet. Gute Ergebnisse
sind dabei mit 0,025 mm dicken und 5,08 cm breiten Filmen aus Polyäthylenglykolterephthalat,
die sich zur Hälfte überlagerten, erhalten worden. Die Verwendung von undurchlässigen
Bändern vermindert bei der Aushärtung Verluste an Organopolysiloxan. Diese dienen
auch zur Einhüllung der Glimmerfolie und erleichtern die Entfernung der Spulen aus
den Härtungsformen.
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Die Organopolysüoxane können wie üblich durch Hitze oder Bestrahlunggehärtet
werden. Die aktinischen oder UV-Strahlen sind besonders vorteilhaft, wenn die Verbindung
mit einem Polymerisationskatalysator, z. B. Benzoylperoxyd, Laurylperoxyd, Methyläthylketonperoxyd,
tert. Butylhydroperoxyd, 1,4-Peroxydop-menthen-(2), tert. Butylperbenzoat, di-tert.
Butyldiperphthalat, Ozonide u. ä., gemischt ist. Im allgemeinen werden 0,1 bis 2
Gewichtsprozent verwendet. Es können aber auch kleinere oder größere Mengen verwendet
werden. Ferner können Polymerisationsbeschleuniger hinzugegeben werden. Man verwendet
hiervon beispielsweise 0,01 Gewichtsprozent.
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Die Organopolysiloxane können auch ohne Zugabe eines Katalysators
gehärtet werden, entweder mittels UV-Licht oder durch energiereiche Strahlen wie
y-Strahlen oder Elektronenstrahlen. Letztere erhält man aus einem Van-de-Graaf-
Generator oder aus einem radioaktiven Material wie radioaktivem Kobalt, welches
als Elektronen- und y-Strahler verwendet wird. Das flüssige Organopolysiloxan kann
einer Elektronenbestrahlung von weniger als 0,05 MEV unterworfen werden, um daraus
feste Polymere zu erhalten.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden mit Erfolg Halbspulen
und Durchführungsklemmen hergestellt. Diese werden für Hochspannungsgeneratoren,
z. B. in Zentralkraftwerken, eingesetzt. In vielen Fällen führen die Halbspulen
elektrische Spannungen von 5000 bis 24000 V und höher. In solchen Generatoren eingesetzte
Isolationen müssen von bester Qualität und Zuverlässigkeit sein.
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Die Halbspulen können eine Länge von 9,14 bis 12,19 m und mehr haben.
Jede Halbspule enthält gewöhnlich eine Vielzahl von versetzten Windungen aus Kupferstreifen
oder rechtwinkligem Kupferdraht. Die Windungen sind isoliert mit einer Schicht festen
Isoliermaterials, z. B. Glasgewebe, dessen Imprägnierung erfindungsgemäß mit einem
flüssigen Organopolysiloxan mit einer Viskosität von nicht mehr als 4 Poise bei
25°C erfolgt. Anschließend wird die Halbspule so geformt, daß der Hauptteil der
Spule relativ gerade ist. Ein solcher Mittelteil wird mit Nutteil der Halbspule
bezeichnet. Er wird in die Nutschlitze des Ständers des Generators eingesetzt. Eine
solche Spule ist in der Fig. 3 der Zeichnung dargestellt, worin die Halbspule
40 den geraden Nutteil 41 enthält. Jenseits eines jeden Endes des
Nutteils 41 befindet sich ein Wicklungskopf 42, dessen Ende
43 gewöhnlich nur aus Kupfer besteht und verzinnt ist, um es bei der Montage
in der Maschine mit den anderen Halbspulen verlöten zu können. Wie in Fig. 3 der
Zeichnung dargestellt, wird die Halbspule mit mehreren Schichten des Glimmerbandes
44 umwickelt. Bei höchsten Spannungen werden gewöhnlich 12 bis 22 Schichten
Glimmerband verwendet. in vielen Fällen wird die gesamte Glimmerbandumwicklung überlagert
von einer 0,051 bis 0,127 mm dicken Umwicklung einer Glasgewebefolie. Diese dient
dazu, das Glimmerband vor Abrieb und Abnutzung zu schützen. Das Glimmerband der
vorliegenden Erfindung kann sehr straff über die Leite der Halbspule gewickelt werden.
Die Halbspule wird dann in einen geeigneten Imprägnierungskessel 46 gegeben,
welcher ein relativ niederviskoses, leicht eindringendes Organopolysiloxan
48 enthält. Der Imprägnierungskessel 46 wird in einen Autoklav gebracht,
in welchem die Halbspule 40 unter Vakuum erhitzt wird, um Feuchtigkeit, eingeschlossene
Gase u. ä. zu entfernen. Danach wird der Kessel 46 mit so viel des Organopolysiloxans
gefüllt, daß die Halbspule 40 vollkommen eintaucht. Nach Aufhebung des Vakuums
dringt unter Anwendung von Atmosphärendruck (oder Überdruck) das Organopolysiloxan
sowohl in alle Zwischenräume und Lücken des Glimmerbandes als auch in alle Öffnungen
und Zwischenräume zwischen den Windungen des Leiters ein. Nach etwa einer Stunde
kann der Kessel 46
aus dem Autoklav entfernt, die Halbspule herausgenommen
und
kurz getrocknet werden. Die Halbspule wird dann mit einer undurchlässigen Folie,
z. B. Polyäthylenglykolterephthalat, umwickelt, um ein übermäßiges Abfließen des
Organopolysiloxans zu vermeiden.
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Damit die Halbspule zu einem Nutteil 41 geformt wird, der genau
in die Schlitze des Ständereisens paßt, sollen die Halbspulen einem Heißpreßverfahren
unterworfen werden, wobei die Organopolysiloxane zu einem wärmegehärteten, festen
Körper aushärten. Auch sollen die einzelnen Lagen der Wicklungskopfteile
42 miteinander fest vereinigt und mit den Glimmerbändern verbunden sein,
um ihnen die gewünschte genaue Gestalt für eine gute Verbindung der Enden
43
mit den anderen Halbspulen zu geben.
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In einer geeigneten Vorrichtung wird die Halbspule in eine bestimmte
Form, Größe und Gestalt während der Erhärtung des Organopolysiloxans gebracht.
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Die Organopolysiloxane der Formel (1) werden zum Imprägnieren von
Isolationen verwendet. Beim Härten erhält man relativ spröde, feste Harze. Flexiblere
und zähere Festkörper werden erhalten, wenn niederviskose Organopolysiloxane der
Formel (1) gemischt werden mit viskoseren, langkettigen, flüssigen Organopolysiloxanen,
die die reaktionsfähige Gruppe ;C = C; enthalten, wie z. B. Vinyl, Allyl und Methallyl,
die an Silicium durch Kohlenstoff-Silicium-Bindungen gebunden sind. Die gemischten
Organopolysiloxane enthalten mindestens 10 Gewichtsprozent des Organopolysiloxans
der Formel (1) mit einer Viskosität von weniger als 1 Poise, vorzugsweise unter
50 cP bei 25'C, und wenigstens 10 Gewichtsprozent langkettige Organopolysiloxane
mit ;C = C;-Gruppen und einer Viskosität von über 1 Poise, vorzugsweise 10 Poise
bei 25°C. Durch Vermischen von gleichen Teilen Organopolysiloxan der Formel (3)
(n = 2,5) mit einem Organopolysiloxan der Viskosität 13 Poise erhielt man eine Mischung
mit einer Viskosität von 0,5 Poise. Das 6-Poise-Organopolysiloxanöl (s. Beispiel
1I) ist mit dem 20-cP-Organopolysiloxan der Formel (3) (n = 3) in Verhältnissen
zwischen 30 und 700/, zu niederviskosen Imprägnierungsflüssigkeiten mit einer
Viskosität von weniger als 4 Poise bei 25°C mischbar. Nach der Härtung erhält man
zähe, feste Harze mit hervorragender Festigkeit.
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Die flüssigen Organopolysiloxane mit einer Viskosität von nicht mehr
als 4 Poise, die zum Imprägnieren der bandumwickelten Spule verwendet werden, dringen
leicht zwischen die Windungen der Glimmerwicklung ein. Sie dürften deshalb so leicht
zwischen die Glimmerblättchen eindringen, weil sie eine gute Verträglichkeit mit
dem hochviskosen Organopolysiloxan haben, das als Bindemittel für das Bandmaterial
verwendet wird, und weil sie teilweise oder vollständig das Bindemittel hierbei
lösen, wobei der Organopolysiloxanbinder das Eindringen nicht verhindert. Dabei
scheint der Organopolysiloxanbinder den Durchgang und das Eindringen der niederviskosen
Organopolysiloxane, mit dem erfindungsgemäß die Imprägnierung erfolgt, zu erleichtern.
Auf diese Weise werden viele Glimmerbandlagen von den imprägnierenden Organopolysiloxanen
leicht durchdrungen und alle Poren, Spalten, Zwischenräume u. ä. in der genannten
Isolation 44
vollständig gefüllt. Versuche mit Spulen unter Anwendung von
zunehmender Spannung zeigten eine nur unbedeutende Zunahme des Leistungsfaktors
bei steigender Spannung und steigender Temperatur. Dies ist ein Beweis für die Abwesenheit
von Lücken in der Isolation.
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Beispiel III Eine Halbspule, die mit zwölf Lagen eines Glimmerbandes
und anschließend mit sich halb überlappenden 0,127 mm dicken Glasbändern umwickelt
war, wurde acht Stunden auf über 125'C erhitzt und bei unter 5 mm Hg evakuiert und
allmählich auf 50°C abgekühlt. Sie wurde in einem Tank mit einem Organopolysiloxan
imprägniert, das besteht aus einem Gemisch von 70 Gewichtsprozent des Organopolysiloxans
der Formel (3), worin n einen Durchschnittswert von 2,5 hat, und 30 Gewichtsprozent
einer methylphenylvinylpolysiloxanhaltigen Verbindung der Formel
wobei m und n größer als 10 sind. Dieses Organopolysiloxan hat bei 25'C eine Viskosität
von 13 Poise. Die resultierende Organopolysiloxanverbindung ist ein Gemisch und
hat eine Viskosität von 0,4 Poise bei 25°C. Nach Hinzufügung der 1 Gewichtsprozent
entsprechenden Menge di-tert. Butylperoxyd wurde die Imprägnierung durch Evakuierung
der Spule auf unter 5 mm Hg und Füllen mit einem Organopolysiloxangemisch ausgeführt.
Dann wandte man Atmosphärendruck an, damit das Organopolysiloxan in die Zwischenräume
der Halbspule eindringen konnte. Annähernd 41 des Organopolysiloxangemisches waren
zur Imprägnierung der Halbspule nötig. Nach Herausnehmen der Halbspule aus dem Imprägniertank,
Ablaufenlassen und etwa 0,025 mm dickem Umwickeln mit einem 38,1 mm breiten Band
aus Polyäthylenglykolterephthalat, Einbringen der Isolation in eine Preßvorrichtung
und schließlich 16stündigem Erhitzen auf 140 bis 160°C erhielt man nach Entfernung
des undurchlässigen Polyäthylenglykolterephthalatbandes eine gehärtete Isolation,
welche zäh und hart ist.
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Die Durchschlagsfestigkeit der Isolation wurde getestet (SST-Durchschlagsfestigkeit).
Sie hatte eine Wandstärke von 4,76 mm und konnte 80 kV aushalten. Die Durchschlagsfestigkeit
einer 0,025 mm dicken Isolation war 400 bis 500 V.
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Die flüssigen Organopolysiloxane können zum Einbetten verwendet werden.
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Vollständig polymerisationsfähige Organopolysiloxane, welche auch
feinverteilte Füllstoffe enthalten können, wie z. B. Siliciumdioxyd, Calciumcarbonat,
Glimmerpulver, Glas u. ä., können durch die Öffnung im Deckel eingeführt werden,
indem man einen Schraubverschluß entfernt. Die Anwendung eines Vakuums zur Einführung
der Organopolysiloxane in den Behälter ist zwar nicht notwendig, jedoch erhält man
eine ausgezeichnete Imprägnierung, wenn bei der Einführung der Organopolysiloxane
der Behälter evakuiert ist. Nach dem Füllen des Behälters mit dem Organopolysiloxan
bis zum Deckel wird der Behälter mittels des Schraubverschlusses dicht verschlossen.
Danach wird das Organopolysiloxan gehärtet, indem man den ganzen Behälter auf 150
bis 160°C erhitzt.
Eine sehr geringe Schrumpfung des Organopolysiloxans
(etwa 40/, und weniger) ist ein Beweis dafür, daß eine größere Menge an festen Füllstoffen
zugegen ist.
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Die verschiedensten Leiter können bei erfindungsgemäßer Verwendung
der flüssigen Organopolysiloxane isoliert werden, so z. B. Ringspulen, Spulenschleifen
und einfache Spulen oder Feldspulen. Die Leiter, die in die entsprechende Form gebogen
und mit einem festen Isoliermaterial umwickelt sind, werden imprägniert, eingetaucht
oder einer anderen Behandlung in dem Organopolysiloxan unterworfen. Hierbei kann
Vakuum angewendet werden. Dann werden die Spulen mit dem verwendeten Organopolysiloxan
in der Hitze in Gegenwart von Polymerisationskatalysatoren gehärtet.
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Mit besonderem Vorteil werden nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
elektrische Durchführungsklemmen hergestellt. Diese enthalten eine isolierende Porzellanmuffe
auf einer Fassung der Durchführungsklemme, die länger als die Muffe ist, wobei der
Stutzen der Leiterdurchführung an beiden Enden der Muffe hervorspringt. Zwischen
der Porzellanmuffe und der Leiterdurchführung ist ein größerer Abstand. Dieser Abstand
wird durch mehrere Lagen Glimmerband gefüllt, so daß Teile der Fassung der Durchführungsklemme
innerhalb der Muffe angeordnet werden. Es ist vorteilhaft, eine genügend dicke Glimmerschicht
oder Glimmerwicklung der Durchführungsklemme zu verwenden und die Zwischenräume
zwischen der Durchführungsklemme und der Muffe zu füllen. Dann wird die Durchführungsklemme,
die in der Muffe liegt, mit den reaktionsfähigen Organopolysiloxanen, vorzugsweise
unter Druck, gefüllt und gehärtet. Darauf wird der Zwischenraum zwischen der Porzellanmuffe
und der Durchführungsklemme mit einem festen Organopolysiloxan gefüllt, das die
Glimmerschicht imprägniert.
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Die Isolierung einer Durchführungsklemme soll an Hand der Fig. 4 der
Zeichnung erläutert werden. Ein Imprägnierungstank 150 ist mit einem geeigneten
Rohrstutzen 152 versehen, der zum Einfüllen und Ablassen des Organopolysiloxans
dient. Der Tank hat einen dicht schließenden Deckel 154 und ein Rohr 156 zur Herstellung
von Vakuum bzw. Überdruck. Ein Fuß 158 im Tank trägt eine Durchführungsklemme
160, bestehend aus einer Porzellanmuffe 162, die eine Leiterdurchführung
164 enthält. Das untere Ende des Stutzens 166 ist verbreitert zum
Ring 168 und damit befestigt. Auf diesem Ring liegt die Porzellanmuffe 162.
Der Zwischenraum 170 zwischen dem Durchführungsleiter 164 und der
Porzellanmuffe 162 ist teilweise mit einer Glimmerbandwicklung
172 gefüllt, welche hierfür vorzugsweise verwendet wird. Die Glimmerwicklung
besteht aus einer Glimmerschicht und einem viskosen Binder aus Organopolysiloxan
mit einer Viskosität von 100 bis 25000 Poise. Die äußersten Oberflächen der Durchführungsklemme
sind mit einem geeigneten Schutzüberzug 174 überzogen worden, um das Anhaften
von Verbindungen zu verhüten und ein leichtes Abstreifen zu ermöglichen. Ein geeignetes
Überzugsmaterial für 174 ist Polyvinylalkohol. Wie dargestellt, wird die
Durchführungsklemme 160 durch ein niederviskoses Organopolyvinylsiloxan
176 so hoch bedeckt, daß der Zwischenraum 170 gefüllt wird. Das imprägnierende
Organopolysiloxan kann ganz aus niederviskosen Organopolysiloxanen der Formel (1),
(2) und (3) oder aus den obenerwähnten gemischten Organopolysiloxanen bestehen,
da eine Durchführungsklemme relativ fest fixiert ist und bei der Verwendun- in einem
Leiter nicht gebogen wird. Das Organopolysiloxan wird durch Vakuumimprägnierung
verarbeitet. Es dringt in die Bandwicklung 172 ein und füllt den Zwischenraum
170, welcher zwischen dem Band und den Wänden der Durchführungsklemme besteht.
Nach der Imprägnierung wird die Durchführungsklemme aus dem Imprägniertank
150 herausgenommen und in der Hitze gehärtet. Die Härtung kann bei 150°C
erfolgen, um die genannte Organopolysiloxanimprägnierung und den Bandkleber zu härten,
welche damit gelöst und gemischt worden sind. Hierbei erhärtet das Organopolysiloxan,
das den Zwischenraum 170 füllt. Darauf kann der Polyvinylalkohol abgestreift
werden und ein anderer Ring kann mit dem Gewindeteil 180 am oberen Teil der
Durchführungsklemme verschraubt und verbunden werden, um die Leiterdurchführung
fest mit der Porzellanmuffe zu verbinden. Solche Durchführungsklemmen werden bei
erhöhten Temperaturen über lange Zeiten mit zufriedenstellenden Ergebnissen arbeiten.
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Es sind Durchführungsklemmen hergestellt worden durch Umwickeln bis
zu fünfundzwanzig Schichten der Glimmerbandmischung nach Beispiel I auf den Teil
der Leiterdurchführung, welcher in der Porzellanmuffe angeordnet wird. Die Glimmerbandumwicklung
wird imprägniert mit dem Organopolysiloxan, das eine Viskosität von unter 40 cP
bei 25°C hat. Die imprägnierte Glimmerwicklung wird mit einem undurchlässigen Film
bedeckt und durch mehrstündiges Erwärmen auf 150 bis 160°C gehärtet. Es können fünfundzwanzig
Lagen Glimmerfolien verwendet werden, und zwar ein- oder mehrmals hintereinander,
wobei dazwischen jedesmal gehärtet wird, bis die erforderliche Dicke der imprägnierenden
Glimmerisolation in der Durchführungsklemme erreicht ist. Gewöhnlich ist es etwas
mehr, als der Zwischenraum in der Porzellanmuffe ausmacht. Wenn in der Muffe ein
Zwischenraum bleibt, kann er mit Organopolysiloxan gefüllt werden, welches zu einem
festen Harz gehärtet wird.