DE1719188B2

DE1719188B2 - Schmiegsames wickelband

Info

Publication number: DE1719188B2
Application number: DE19641719188
Authority: DE
Inventors: Gerard des Dr.; Mosimann Hans Dr.; Diehl Ernst Dr.; Breitenbach Solothurn; Lutz Walter Laufen Bern; Senarclens (Schweiz)
Original assignee: Schweizerische Isola-Werke, Breitenbach, Solothurn (Schweiz)
Priority date: 1963-03-14
Filing date: 1964-03-10
Publication date: 1972-12-21
Also published as: BE645154A; CH416771A; NL6402695A; NL142512B; DE1719188A1; GB1024700A; ES297548A1; FI42343B; DK107239C

Description

¹I 719

weichmacherfreies Epoxyharz mit einem Epoxyäqui-■ -alent von 150 bis 400, einer Viskosität von mindestens 500 cps bei 50⁰C und einem Schmelzpunkt von weniger als 50⁰C, sowie mindestens einen Anhydridhärter und/ oder latenten Härter für das Epoxyharz aufweist und eine Klebetemperatur von weniger als 80⁰C hat.

Der dielektrische Verlustfaktor tg<5 des neuen Wickelbandes nimmt mit der Temperatur bei konstanter Spannung bis 130⁰C bei optimalen Arbeitsbedingungen nur sehr wenig zu. Die mit dem erfindungsgemäßen Wickelband erzielten Isolationen sind sehr gut und verbacken und kleben gut auf einem Teilleiterbündel. Die Dehnungen der metallischen Leiter, z. B. des Kupfers, werden von den Isolationen innerhalb des praktisch vorkommenden Temperaturbereichs aufgenommen. Die Alterungsbeständigkeit der Stäbe gehört zu den besten bisher erreichbaren.

Das Trägermaterial kann ein mit rlarzen oder Lacken gut imprägnierbares oder tränkbares Gewebe oder eine ebenfalls mit Harzen oder Lacken gut imnrägnierbare oder tränkbare ungewobene Bahn mit guter Wärmebeständigkeit sein und besteht vorzugsweise aus einem Glasseidengewebe mit genügender mechanischer Festigkeit, um die Zugbeanspruchung während des Wickeins und der nachfolgenden Behändlung bis zur Verfestigung des Harzes auszuhalten. Als solches Glasseidengewebe eignet sich besonders ein Glasseidengewebe mit etwa 40 g/m² Flächengewicht bzw. 0,04 mm Dicke.

Statt Glasseidengewebe können genügend wärmebeständige Gewebe aus Kunstfasern, z. B. Polyesterfasergewebe, oder Mischgewebe solcher Fasern mit Glasfasern verwendet werden.

Als Anhydridhärter kommen z. B. Phthalsäureanhydrid, eutektische Gemische von Anhydriden teilweise hydrierter Phthalsäuren usw. in Frage, während als latente Härter z. B. BF₃, gewisse Komplexverbindungen davon, Dicyandiamid u. dgl. verwendet werden können.

Als Glimmer können Splittings oder Glimmerpapier verwendet werden. Es ist wichtig, daß das Glimmerpapier von saugfähiger Qualität ist. Vorzugsweise enthält das erfindungsgemäße Wickelband 30% Glimmer.

Das Bindemittel für dieses Band muß zuerst rein äußerlich folgende Bedingungen erfüllen.

1. Es muß schmiegsam sein, damit sich ein damit hergestelltes Band bei allen vorkommenden Wicklungsarten gut anschmiegt.

2. Es darf nicht so dünnflüssig und klebrig rein, daß das damit hergestellte Band sich in der Rolle mit sich selbst oder mit einer Folienzwischenlage verklebt. Andererseits darf das Band auch nicht vollständig trocken sein, damit es beim Wickeln, wenn der Wickelzug nachläßt, sich nicht wieder löst, sondern haften bleibt.

3. Es muß zwischen Träger und Glimmer eine gute, möglichst blasenfreie Verbindung zustande kommen.

4. Ferner muß das Bindemittel im Band noch in einem härtbaren Zustand vorliegen.

5. Der Härter des Harzes darf während der Zeit zwischen der Herstellung des Wickelbandes und der Verwendung desselben, d. h. einer Zeit von mindestens 6 Monaten, nur möglichst wenig reagiert haben, zerstört worden sein oder hinsichtlich sonstiger Eigenschaften für die Verwendung unbrauchbar geworden sein.

6. Eine mit dem erfindungsgemäßen Band hergestellte Isolation muß nach für derartige Zwecke üblicher Aushärtung einen von der Temperatur innerhalb des für einen Generator oder eine Maschine in Betracht kommenden Gebiets von 20⁰C bis 120°C wenig abhängigen tg δ zeigen. Der tg-o-Wert soll beispielsweise bei 100⁰C und bei zunehmender Spannung 10°/₀ nicht übersteigen. Auch von der Spannung soll der tg δ bis 20 kV nur wenig abhängig sein. Der Anstieg des Wertes von tg<5 per Kilovolt sollte nicht mehr als 2°/„ betragen.

7. Die mit dem erfindungsgemäßen Band hergestellte ausgehärtete Isolation muß die Dehnungen des Leiters und des Blechpaketes im Betrieb elastisch aufnehmen können, so daß auch bei langjährigem Betrieb keine Risse auftreten.

8. Die mit dem erfindungsgemäßen Band hergestellte ausgehärtete Isolation darf in der Wärme nicht erweichen, sich nicht plastisch deformieren oder abblättern und darf sich vom metallenen Leiter nicht loslösen.

9. Im Innern der Isolation darf auch bei langer Betriebsdauer kein gasförmiges Produkt abgespalten werden, das die Isolation sprengt und einen Ansatzpunkt für die anschließende Zerstörung durch Ionisation liefert.

Man kann die Klebetemperatur sehr gut durch Bestimmung des Klebepunktes auf der Koflerbank bestimmen. Die Koflerbank, z. B. hergestellt von der Firma Reichert in Wien, dient in Chemielaboratorien zur Bestimmung von Schmelzpunkten. Der wesentliche Teil ist eine Stahlleiste, die einen Temperaturgradienten von etwa 50 bis 250°C aufweist, mit einer zugehörigen Temperaturskala. Wenn man das zu prüfende Material, dessen Binaemittel klebt oder im angegebenen Temperaturbereich schmilzt, zwischen zwei dünnen Papierer während 10 Sekunden mit einem weichen Drücker gegen seinesgleichen anpreßt, werden die Materialien zum Kleben gebracht. Beim Versuch, nachher das Material und das Papier von der kalten Seite her wieder zu trennen, stellt man fest, daß die beiden Materialien von einer bestimmten Stelle an untereinander verklebt sind und bei der Trennung zerreißen. Die dieser Stelle entsprechende Temperatur kann mit Vorteil zur Ermittlung der für die Anwendung günstigsten Klebetemperatur verwendet werden.

Für den genannten Zweck sind wie gesagt Hr.rze geeignet, die bei 50⁰C eine Viskosität von mindestens 500 cps besitzen. Die Harze müssen bei einer Temperatur von weniger als 50⁰C nach ASTM E 2858 T noch nicht schmelzen. Das Weichmachen eines höher als 50° schmelzenden Harzes durch Zusatz äußerer Weichmacher ist wegen der Verschlechterung der Werte des tg<5 bei höheren Temperaturen ausgeschlossen. Die Epoxyäquivalente geeigneter Harze liegen etwa im Gebiet von 150 bis 400. Je nach den an das Wickelband gestellten Forderungen wird man die Wahl des Epoxyharzes vornehmen. Die Bisphenol-Epoxyharze eignen sich, wenn die Werte des tg δ beispielsweise bei über 100°C und bei zunehmender Spannung 10% übersteigen dürfen. Der Verlauf der Kurven bei cycloaliphatischen Epoxyharzen ist im allgemeinen flacher und liegt bei niedrigeren Werten des tgo; die heute zur Verfügung stehenden Typen erfordern aber eine zu lange Härtungszeit in der Spulenpresse. Als besonders günstig für die erfindungsgemäßen Wickelbänder haben sich Epoxyharz mit Glycidyl-phenyläther-gruppierun-

gen erwiesen, da diese unter vergleichbaren Bedingungen mit Anhydridhärtern und latenten Härtern immer gegenüber Bisphenolharzen höhere Verformungstemperaturen nach ASTM D 648-56 besitzen und in relativ kurzer Zeit mit den Hartem so weit reagieren, daß sie formstabil sind. Man kann also in diesem Fall eine Isolation einige Stunden in der Spulenpresse behandeln und die vollständige Aushärtung, je nach Bedarf, in einem Ofen durchführen.

Die obengenannten Typen von Epoxyharzen sind in einem Artikel von H. B a t ζ e r und E. N i k 1 e s in Chimia, Band 16, S. 57 (1962), beschrieben.

Beispiele von Handelsprodukten, welche den erwähnten chemischen Typen angehören und als Bindemittel für das erfindungsgemäße Wickelband verwendet werden können, werden im folgenden angeführt und mittels ihrer Viskosität und Epoxidäquivalente gekennzeichnet.

Bisphenol-Epoxy harze

Epoxidäquivalent

Viskosität bei 25⁰C
(cps)

Hersteller

Araldit F

Araldit 6005.
Araldit 6010.,
Araldit 6020.

Epon 828

Epon 834

Epon 836

DER 330 ....

DER 332

ERL 3794 ...
ERL 2774...,
Epi-Rez 510.
Epotuf 6140..

Cycloaliphatische Epoxyharze

Epoxyde 201

[heute ERL 4201; (3,4-Epoxi-6-methylcyclohexy^-methyl-S^-epoxi-o-methylcyclohexancarbonsäureester]

Unox 207

(1,2 ;5,6-Diepoxi-4,7-methano-hexahydroindan)

X 200/8766

(heute CY 175)
Epoxi-Novolake

DEN 438

200 190 195 210

175 bis 225 bis 290 bis 182 bis 172 bis 170 bis 185 bis 180 bis 185 bis

152 bis

82

160 bis

175 bis

200

175 bis

Epophen 1315

Epoluf ED 1005

(heute 37.170)

Die Härtung kann wie gesagt mit Säureanhydriden, mit latenten Härtern oder Kombinationen beider durchgeführt werden. Man wird in erster Linie solche Härter wählen, mit denen relativ hohe Erweichungstemperaturen der gehärteten Isolation erreicht werden können. Als latente Härter eignen sich solche, die auf der Basis von Lewis-Säuren aufgebaut sind, d. h. Substanzen, die ein Elektronenpaar aufnehmen können. (G. N. L e w i s, Valence and Structure of Atoms and Molecules, ACS Monograph Series New York [19231).

Die Fabrikation der Wickelbänder kann in Bahnform entsprechend der Breite auf konventionellen Maschinen erfolgen. Aus der Bahn können dann die Bänder geschnitten werden, die später zur Isolation verwendet werden. Die Verarbeitung des Bandes kann ebenfalls nach den in der Elektrotechnik bekannten Verfahren erfolgen. Selbstverständlich kann man, anstatt mit Bändern zu arbeiten, das Material in Bahnen nach dem sogenannten Foliumverfahren verwenden.

Beispiel 1

Es wird nach bekannten Verfahren ein Band hergestellt aus einem Glasseidenträger, z. B. 0,07 mm dick,

7 500 bis 13 000

8 000
16 000
19 000

5 000 bis 15 000

1000/70⁰C

(Smp. 5O⁰C)

7 000 bis 10 000

4 000 bis 6 400

7 200 bis 19 500

10 500 bis 19 500

9 000 bis 18 000
10 000 bis 15 000

1800

fest

70 000 bis 120000

30 000 bis 90000
75000/50⁰C

Ciba

Shell

Dow

Union Carbide

Jones-Dabney

Reichhold

Union Carbide

Ciba

Dow

Leicester Reichhoid

einer Glimmerpapierschicht, z. B. 0,05 mm dick, und einem Bindemittel, zusammengesetzt aus Araldite F, einem Epoxyharz mit einer Viskosität von 600 cps bei 50⁰C, und einem eutektischen Gemisch von Hexahydrophthalsäureanhydrid und Phthalsäureanhydrid als Härter. Das Harz-Härtergemisch wird in äquivalenten Mengen aus einer Lösung z. B. in Aceton aiii den Träger und das Glimmerpapier aufgetragen und das Lösungsmittel bei Temperaturen um 100⁰C verdunstet, so daß kein Härterverlust entsteht. Die aufge tragene Festkörpermenge macht 40% des Gesamt gewichtes aus. Das Band besitzt eine Klebetemperatui von 75° C. Eine nach gebräuchlichen Verfahren herge stellte Wicklung besitzt eine Funktion des tg δ bei kon stanter Spannung wie in F i g. 1 dargestellt.

Beispiel 2

Es wird nach bekannten Verfahren ein etwa 0,08 mr dickes Band aus einem Mischgewebe aus Glas un Terylenfibern als Träger mit einer Schicht Glimmei Splittings kombiniert Die beiden Materialien werde

mit einer Lösung getränkt, die aus Epikote 328, einem Bisphenol-Epoxyharz mit einer Viskosität von 5000 bis 15 000 cps bei 25⁰C und einem Epoxyäquivalent von 175 bis 210 (Shell) und Methyl-endo-methylen-tetrahydrophthalsäureanhydrid in stöchiometrischer Menge besteht. Nach Verdunsten des Lösungsmittels erhält man ein Material, das mit einer Polyäthylenzwischenlage aufgewickelt werden kann. Man kann mit diesem Material einen Leiter isolieren. Die Klebetemperatur beträgt 4O⁰C. Das Band schmiegt sich gut an, springt beim Nachlassen des Wickelzuges nicht los und läßt sich durch Kalibrieren und Pressen in eine feste Isolation überführen, die bei richtiger Ausführung eine Funktion des tg δ wie in F i g. 2 zeigt.

Beispiel 3

Wie im Beispiel 1 wird ein Band hergestellt, dessen Bindemittel aus Epophen 1315, einem Phenyl-glycidylgruppen enthaltenden Harz, mit einer Viskosität von 75 000 cps bei 50° C und einem Epoxyäquivalent von 200 (Leicester) und als Härter 1 %, auf das Harz gerechnet, des Komplexes aus BF₃ und Monoäthylamin besteht. Diese Bestandteile ergeben ein Band mit einer Klebetemperatur von 5O⁰C. Durch Wickeln, Kalibrieren und Pressen erhält man eine Isolation, deren tg <5 der F i g. 3 entspricht. Dieses Bild verändert sich auch nicht, wenn man diese Isolation Zyklen von Erwärmung bis 200⁰C und Abkühlung auf Raumtemperatur unterwirft. Dadurch ist erwiesen, daß die Isolation die Dehnung des Metalls in der Wärme mitmacht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 209552

Claims

ρ _ , neues Band aufgewickelt sind. Bei neueren Verfahren rateniansprucne. ^ reaktjven Bindemitteln (deutsches Bundespatent

1. Schmiegsames Wickelband zum Umwickeln 1 000 896) muß ein dünner Imprägnierlack verwendet elektrischer Leiter, das eilt poröses Trägermaterial, werden. Da aber bei den für diesen Zweck verwendeten Glimmer und ein wärmehärtbares Bindemittel ent- 5 ungesättigten Polyesterharzen die Reaktion, die das hält, dadurch gekennzeichnet, daß es Harz in einen festen Körper überführt, auch bei Raumals Bindemittel ein weichmacherfreies Epoxyharz temperatur relativ rasch verläuft, ist man gezwungen, mit einem Epoxyäquivalent von 150 bis 400, einer das Imprägniermittel zu kühlen.

Viskosität von mindestens 500 cps bei 50° C und Alle diese Verfahren erfordern also umfangreiche

einem Schmelzpunkt von weniger als 50° C sowie io Autoklaven, um Stäbe von beliebiger Form und Größe

mindestens einen Anhydridhärter und/oder latenten imprägnieren zu können. Zu den Autoklaven kommen

Härter für das Epoxyharz aufweist und eine Klebe- die Heiz- und Kühleinrichtungen und bei den unge-

temperatur von weniger als 8O⁰C hat. sättigten Polyestern die guten Ventilationseinrichtun-

2. Wickelband nach Anspruch 1, dadurch ge- gen, um die Styroldämpfe abzusaugen, die für die kennzeichnet, daß es mindesten» 30% Glimmer 15 Arbeiter gefährlich sind.

enthält. Nach einem andern Verfahren (französisches Patent

3. Wickelband nach Anspruch 1 oder 2, dadurch 1 071178) müssen die Stäbe, deren Isolation bestimmte gekennzeichnet, daß es ein Epoxyharz enthält, das Epoxyharze als Bindemittel enthält, in einem Autoklav ein Epoxyäquivalent von 170 bis 200 und bei 50⁰C mit einem Asphaltkompound als hydraulischem eine Viskosität von 70 000 bis 90 000 cps hat und 20 Druckmedium verpreßt werden. Prozesse, bei denen im Molekül Glycidylphenyläthergruppen aufweist. mit Asphalt und Bitumen hantiert wird, gehören zu den

4. Wickelband nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch schmutzigen Arbeiten, die meist teuer bezahlt werden gekennzeichnet, daß es als Härter ein Addukt von müssen. Ein Autoklav mit Heizeinrichtung ist auch Bortrifluorid enthält. hier erforderlich.

25 Nach andern Verfahren wird etwa das Einstreichen

von lösungsmittelfreien Lacken oder Pasten empfohlen,

was besonders ein maschinelles Wickeln erschwert; wegen der herausquellenden und abtropfenden Über-

Die Erfindung betrifft ein schmiegsames Wickelband Schüsse des Lackes handelt es sich auch hier um eine zum Umwickeln elektrischer Leiter, das ein poröses 30 schmutzige Arbeit. Zudem ist man bei diesem Verfah-Trägermaterial, Glimmer und ein wärmehärtbares ren nie sicher, ob wirklich die Hohlräume gefüllt wer-Bindemittel enthält. den. Eine zu große Menge an Imprägniermittel ist

Nach dem heutigen Stand der Technik werden bei nicht erwünscht, da der Glimmer als Dielektrikum den der Herstellung von Generatoren und großen elektri- mengenmäßigen Hauptteil der Isolation ausmachen sehen Maschinen eine Reihe von Verfahren angewen- 35 sollte und Träger und Harz nur zur Verarbeitung notdet, die es erlauben, aus Glimmerbändern nach dem wendige Hilfsmittel darstellen.

sogenannten kontinuierlichen Verfahren eine Hoch- Ein Verfahren zum direkten Aufwickeln und Pressen

Spannungsisolation aufzubauen. Die Glimmerbänder der Stäbe in einer Spulenpresse wurde im schweiz^ribestehen aus einem Träger, heute meist Glasseide, sehen Patent 361 601 erwähnt. Doch hat sich gezeigt, Glimmersplittings oder Glimmerpapier und einem 40 daß die nach diesem Verfahren erhaltenen Stäbe sich Bindemittel. Früher wurden als Bindemittel der ther- bei über 100⁰C aufblähen.

moplastische Asphalt oder Schellack verwendet, die Gemäß der britischen Patentschrift 545 709 wurden

heute mehr und mehr durch thermohärtende Binde- auch bereits Wickelbänder unter ^verwendung von mittel ersetzt werden. Gemischen aus Polyvinylacetalen mit monomerem

Nach dem heutigen Stand der Technik wird ein der- 45 Methylmethacrylat hergestellt. Diese Wickelbänder artiges Band auf das vorher verfestigte und ausge- sind zwar bei Kurzzeitbeanspruchung sehr elastisch, spachtelte Teilleiterbündel aufgewickelt. In den meisten zeigen aber bei Langzeitbeanspruchung plastisches Fällen wird der bewickelte Stab danach einem Im- Fließen. Darüber hinaus verhornen sie bei der Lagerung prägnierprozeß unterworfen. bereits nach einigen Stunden durch Verdunsten des

Die bei Niederspannungswicklungen dieser Art 50 Monomeren, die Bandkanten verziehen sich, so daß übliche Technik des Verklebens der Bänder durch ein- das Band nicht mehr richtig verarbeitet werden kann, faches maschinelles Pressen in einer sogenannten Darüber hinaus sind die dielektrischen Verluste einer Spulenpresse konnte bei Hochspannungswicklungen aus diesem bekannten Band hergestellten Isolation bisher nicht mit gutem Erfolg durchgeführt werden. unannehmbar hoch.

Die Bänder, deren dielektrische Eigenschaften den An- 55 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neuforderungen genügten, waren zu wenig schmiegsam, artiges Wickelband herzustellen, das sehr flexibel ist, so daß sie sich nicht satt aufwickeln ließen, ohne beim die erforderliche Bindemittelmenge enthält, sich gut Wickeln Luft einzuschließen. Die Wicklung mußte maschinell auf die Stäbe aufwickeln läßt und sich beim nachträglich zur Entfernung von Luft oder von einge- Wickeln gut Lage an Lage anlegt, so daß nach dem schlossenen Lösungsmitteln im Vakuum behandelt 60 Kalibrieren, Pressen und Aushärten des Stabes eine werden, und danach mußten die Poren mit einem einwandfreie Hochspannungsisolation erzielt wird, niederviskosen, lösungsmittelfreien Imprägniermittel deren Verlustwinkel innerhalb des Spannungsbereiches gefüllt werden. Je größer die Wickeldicken, desto um- bis mindestens 20 kV praktisch linear verläuft,
ständlicher wurden die Verfahren. Bei dem Verfahren Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein

unter Verwendung von Asphalt muß wegen der hohen 65 schmiegsames Wickelband zum Umwickeln elektrischer Viskosität des Bindemittels selbst bei hohen Tempera- Leiter, das ein poröses Trägermaterial, Glimmer und türen die Vakuumbehandlung und Imprägnierung ein wärmehärtbares Bindemittel enthält, gelöst, das immer wieder wiederholt werden, sobald einige Lagen dadurch gekennzeichnet ist, daß es als Bindemittel ein