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Härtbare Isolierung für elektrische Vorrichtungen Die Erfindung bezieht
sich auf härtbare Isolierungen für elektrische Vorrichtungen, insbesondere Isolierbänder,
und zwar Isolierungen, die in an sich bekannter Weise Plättchen oder Spaltstückchen
von Glimmer enthalten, die mit Hilfe eines biegsamen und geschmeidigen harzartigen
Bindemittels auf einen fasrigen Träger oder einen Film aus Celluloseester aufgebracht
sind. Zur Herstellung derartiger Isolierungen hat man schon Mischungen von Glimmer
mit Schellack, mit Asphalt oder mehr oder weniger plastifiziertem Teer oder mit
verschiedenen synthetischen Harzen wie Polystyrol, Acryl- oder Alkydharze oder Polyepoxydharze
verwendet. Bänder mit Schellack als Bindemittel haben unzureichende elektrische
Isolationseigenschaften in der Wärme.
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Die Isolierungen auf der Grundlage von Asphalt sind in der Dimension
nicht genügend stabil. Dies: führt bei Erhitzung je nach den Bedingungen zu Aufblähungen
und Unterschieden der Schichtdicke der Isolierschicht. Sie sondern auch beträchtlich
Glimmer ab. Asphalthaltige Isolierungen sind nur zuverlässig, wenn das Aufbringen
unter kräftigem Vakuum erfolgt und die Lagen der Bänder wiederholt mit einer geschmolzenen
Asphaltmischung imprägniert werden. Diese Arbeit ist langwierig und erfordert Sorgfalt.
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Bänder, soweit sie bisher auf der Grundlage von synthetischen Harzen,
wie Polystyrol, Acryl- oder Alkydharzen, hergestellt wurden, mußten bisher weiterhin
mit einer flüssigen, vollständig polymerisierbaren Lösung imprägniert werden, wie
z. B. mit einem Polyesterharz in Monostyrol gelöst. Diese Imprägnierung erfordert
ebenfalls ein sehr hohes Vakuum. Die bekannten, vollständig polymerisierbaren Lösungen
mußten bei Temperaturen unter 0 C aufbewahrt werden.
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Die Epoxydharze weisen den Nachteil auf, verhältnismäßig viscos zu
sein und schwer in von einer großen Anzahl von Schichten von Glimmerbändern gebildete
Massen einzudringen. Epoxydharzen mit brauchbaren dielektrischen Eigenschaften in
der Wärme fehlt die Weichheit. Die diese Harze enthaltenden Glimmerbänder können
nicht wunschgemäß gebogen werden. An aus solchen Bändern hergestellten Isolierungen
fehlt also die Kompaktheit. Sie sind nicht homogen, können Ablösungen und Risse
aufweisen und haben infolgedessen schlechte dielektrische Werte. Alle diese Nachteile
begrenzen die Verwendung von Epoxydharzen in großem Maße.
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Es sind auch starre, mehrschichtige Formkörper zur Elektroisolierung
bekannt, zu deren Herstellung mehrere Schichten vorher aus Glimmer und Kunstharzen
gebildeten Platten auf Glas- oder Asbestgewebe aufgeklebt und das Ganze nach Formgebung
ausgehärtet wurde. Zur Aufbringung einer Isolierschicht auf elektrische Leiter lassen
sich derartige Formkörper nicht mehr verwenden.
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Die Erfindung bezieht sich auf Isoliermittel vorwiegend in Bandform,
die sich bei gewöhnlicher Temperatur viele Monate in ihrem klebenden und biegsamen
Zustand halten und, auf einen elektrischen Leiter gebracht, mit Wärme und gegebenenfalls
Druck zu einer Schicht ungewöhnlicher Formbeständigkeit aushärten lassen.
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Sie bestehen in an sich bekannter Weise aus Glimmer, einem biegsamen
elektrisch isolierenden Träger und einem Bindemittel. Als Bindemittel ist dabei
erfindungsgemäß ein Vorpolymerisat eines monomeren ungesättigten Esters verwendet.
Es sind dies vorpolymerisierte Ester organischer oder anorganischer Säuren mit einem
äthylenisch ungesättigten Alkohol. Ihre Herstellung, ihre Eignung als Bindemittel
für andere Zwecks und ebenso ihre endgültige Aushärtung, gegebenenfalls unter Anwendung
von Katalysatoren, in mäßiger Wärme sind an sich bekannt und werden hier nicht beansprucht.
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Diese Vorpolymerisate werden in organischen Lösungsmitteln gelöst,
mit Glimmer gemischt, auf einen biegsamen und ebenfalls isolierenden Träger, beispielsweise
Papier, Gewebe aus Baumwolle, Glas oder Asbest, aufgetragen und das Ganze in. kurzer
Zeit
von 5 bis 30 Minuten und bei niedrigen Temperaturen von 50 bis 130° C getrocknet,
wobei das harzartige Bindemittel nicht völlig ausgehärtet wird, sondern viehmehr
geschmeidig und biegsam bleibt.
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Mit einem Zusatz an nicht vorpolymerisierten Estern der gleichen Art
kann man die Geschmeidigkeit der Isolierbänder, ebenso auch durch Zusatz von Katalysatoren
bzw. Inhibitoren den jeweiligen Bedürfnissen weitgehend anpassen.
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Zur näheren Erläuterung einer sachgemäßen Durchführung der Erfindung
und zum Nachweis des damit erreichten technischen Fortschrittes werden im folgenden
einige Ausführungsbeispiele angegeben. Ausführungsbeispiel 1 Man stellt folgende
Lösung durch längeres Rühren in der Kälte her: Vorpolymerisat von Diallylphthalat
100 g Monomeres Diallyhnaleinat ....... 30 g Benzolperoxyd ..................
1,3 g Aceton ......................... 975 g Diese Lösung dient zum Bestreichen
eines Japanpapiers von 0,03 mm Dicke und einem Gewicht von 15 g pro Quadratmeter.
Auf das Papier bringt man eine Schicht von indischem Spaltglimmer, dann ein zweites
Japanpapier von derselben Art wie das erste. Das Ganze schickt man durch einen Walzenkalander,
der den überschuß des Lacks herausdrückt, und bringt es dann in einen Ofen, wo es
dann 4 Minuten lang auf 70° C erhitzt wird. Eine Entlüftungsvorrichtung entfernt
die Acetondämpfe, die sich beim Eintrocknen des Lacks gebildet haben. Das getrocknete
Band wird dann aufgerollt. Die Kalanderwalze ist so eingestellt, daß 40 % des Gemisches
in dem fertigen Bande bleiben.
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Die Vorpolymerisation des Diallylphthalats wurde durch Erhitzen von
100 g des Diallylphthalats und 1. g Benzoylperoxyd während 4 Stunden auf 90° C durchgeführt,
dann wurde das viskose Produkt in Aceton gelöst, das Vorpolymerisat mit Äthylalkohol
gefällt und das Ausgefallene getrocknet.
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Ausführungsbeispiel 2 Man stellt unter Rühren in der Kälte folgende
Lösung her: Vorpolymerisat von Diallylphthalat 100 g Monomeres Diallyladipinat
....... 30 g Cyclohexanonperoxyd ............ 0,7 g Aceton .........................
400 g Butylacetat ...................... 575 g Diese Lösung dient zum Einstreichen
von Japanpapier einer Dicke von 0,03 mm und eines Gewichtes von 15 g pro Quadratmeter.
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Man bringt dann ein Papier aus regeneriertem Glimmer mit einem Gewicht
von 90 g pro Quadratmeter auf. Das Ganze schickt man durch einen Walzenkalander,
der den überschuß des. Lacks herauspreßt, erhitzt es dann 4 Minuten lang bei einer
Temperatur von 70° C in. einem Ofen. Die Einstellung des Walzenkalanders ist so
beschaffen, d-aß er 35 % des Gemisches in dem Band beläßt. Ausführungsbeispiel 3
Man stellt durch längeres Rühren in der Kälte folgende Lösung her: Vorpolymerisat
von Diallylmaleinat 50 g Vorpolymerisat von Diallyladipinat, gelöst zu 80% in Methylisobutylketon
......................... IOO g Monomeres Diallylphthalat ....... 25 g Benzolperoxyd
........:......... 1 g Aceton ......................... 975 g Diese Lösung dient
zum Einstreichen eines Glasgewebes mit einer Dicke von 0,03 mm und einem Gewicht
von 30 g pro Quadratmeter. Darauf bringt man dann mit einer Kalanderrolle Papier
aus regeneriertem Glimmer, welches 120 g pro Quadratmeter wiegt. Das Ganze wird
4 Minuten lang in einem Ofen auf 70° C erhitzt. Der Abstand der Kalanderwalzen ist
so eingestellt, daß er 4007o des Gemisches in dem fertigen Band beläßt.
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Zur Herstellung der Lösung des Vorpolymerisats von Diallyladipinat
erhitzt man 48 Stunden lang bei 118° C: Diallyladipinat, rein (destilliert)
.... 250 g Methylisobutylketon .............. 250 g Cumolhydroperoxyd
(70%ig) ..... 20 g Die Viskosität der Lösung ändert sich dabei von ungefähr 5 bis
25 cP. Die Lösung wird so ohne vorhergehende Ausfällung des Vorpolymerisates verwendet.
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Das wie oben beschrieben hergestellte Band kann, wie sonst bei der
Herstellung elektrischer Geräte üblich, an einen Platz gebracht werden: durch Aufrollen
als Hülle, kalt oder warm oder durch schraubenförmiges Umwickeln, wobei jede Wicklung
des Bandes zur Hälfte auf die vorangehende gelegt wird, was kalt oder warm geschehen
kann.
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Die so isolierten Leiter können unter Luftleere bei Temperaturen zwischen
der gewöhnlichen Temperatur und 150° C getrocknet werden, um die letzten Spuren
an Feuchtigkeit und Lösungsmittel zu entfernen. Diese Arbeit kann vorteilhafterweise
in einem geschlossenen Gefäß ausgeführt werden.
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Um zu einem so gering wie möglichen Verlustfaktor zu kommen, empfiehlt
es sich, die in der Isolierung eingeschlossene Luft zu entfernen. Zu diesem Zweck
muß man auf die Isolierung, nach dem man sie unter Luftleere gebracht hat, einen
Druck ausüben, dies ohne daß die Leiter unter atmosphärischem Druck der Luft ausgesetzt
werden.
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Die Anwendung von Druck kann auf mechanischem Wege mit Hilfe einer
heißen Presse, mit oder ohne Verwendung von Luftleere erfolgen. Im Falle der Anwendung
von Luftleere vor oder während der Ausübung des Druckes wird dann die Presse in
einen abgeschlossenen Raum, wo man sie unter ein kräftiges Vakuum setzen kann, angeordnet.
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Die Anwendung von Druck kann. auch durch eine Flüssigkeit, welche
vorteilhafterweise eine genügend hohe Viskosität hat, um nicht in die Isolierung
einzudringen, ausgeübt werden.
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Diese Flüssigkeit kann auch mit Vorteil als Wärmeübertrager dienen.
Als flüssigen Überträger von
Druck und Wärme kann man verwenden:
Teer oder geschmolzenen Asphalt, neutrale Harze von der Art des Indens oder Cumarons,
neutrale Harze von der Art des Polyäthylens oder Polyisobutylens, Wachse, Paraffine
oder Fette mit hohem Schmelzpunkt, Mischungen verschiedener Harze, Wachse oder Teer,
die zur Erlangung einer geeigneten und genügend hohen Viskosität eingestellt sind,
damit sie nicht in die zusammengebrachten Schichten des Isolierbandes eindringen
können.
| Dielektrische Werte bei 4 kV/mm |
| Isolierung Isolierung |
| mit Band aus Asphalt mit synthetischem Band, |
| hergestellt nach Beispiel 1 |
| Temperatur, ° C ................ 20 80 120 20 80 120 |
| Verlustfaktor, tgö ............... 0,034 0,078 0,198 0,027
0,054 0,070 |
| Dielektrizitätskonstante, ,. ........ 3,3 4,0 4,9 3,2 3,6 4,1 |
| Verlustziffer, s tg8 .............. 0,112 0,312 0,97
0,086 0,194 0,287 |
In der graphischen Darstellung sind die Werte für tg 8 als Ordinaten und die Spannungen
in Kilovolt als Abszissen eingetragen.
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Fig. 1 zeigt die Kurven, welche man bei den Temperaturen des Isolierungsmittels
von 20, 80 und 120° C bei der Isolierung mit dem bekannten Asphaltband erhält.
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Fig. 2 zeigt die entsprechenden Kurven mit einem Glimmerband, entsprechend
der Erfindung.
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Der Verlustfaktor tg 8, gemessen bei 120° C, ist etwa dreimal geringer
bei der neuen Isolierung als bei der Isolierung mit dem Asphaltband.
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z. Bei der Isolierung mit einem Band entsprechend der Erfindung überschreitet
der Verlustfaktor tg d pro Kilovolt und bei 120° C niemals den Wert 0,001.
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3. Wenn man eine Isolierung mit dem neuen Band frei 24 Stunden lang
bei einer Temperatur von 120°C behandelt, ist die Aufschwellung praktisch Null,
während eine Isolierung mit einem Asphaltband unter den gleichen Bedingungen sich
um 0,5 mm aufblähen kann.
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4. Die Durchschlagsfestigkeit einer mit dem neuen Band hergestellten
Isolierung ist bei 120° C gemessen der überlegen, welche man unter gleichen Bedingungen
gemessen bei einer Isolierung mit dem Asphaltband erhält.
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5. Im Verhältnis zu den üblicherweise verwendeten Bändern ist die
Empfindlichkeit des neuen Bandes gegenüber Feuchtigkeit viel geringer.
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6. Die mechanische Widerstandsfähigkeit ist besonders hoch. Diese
Behandlung durch Druck, Wärme und Vakuum sind an sich bei der Herstellung von Glimmerisolationen
bekannt.
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Die Leiter in elektrischen Maschinen, welche entsprechend vorliegender
Erfindung imprägniert sind, haben folgende Vorteile: 1. Wie die folgende Tabelle
und die graphische Darstellung zeigen, ist der Verlustfaktor in der Kälte und in
der Wärme viel geringer als bei bekannten Isolationsmitteln.