DE19542564A1 - Verfahren zur Imprägnierung von elektrisch leitenden Substraten - Google Patents

Description

Gebiet der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Imprägnierung von Substraten, insbesondere von Wicklungen elektrischer Maschinen umfaßt das Imprägnieren des Substrats mit einem bei Raumtemperatur hochviskosen, plastischen, teilkristallin oder kristallinen Harzsystem A), das bei Applikationstemperatur niedrigviskos und flüssig ist und das radikalisch zu Duroplasten aushärtbar ist.

Stand der Technik

Gemäß den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren werden die Wicklungen elektrischer Maschinen üblicher­ weise durch Tränken imprägniert. Die Aufgabe dieser Imprägnierung ist, eine mechanische Verfestigung der Wicklung herbeizuführen, damit die Wicklung mechanische und elektromechanische Kräfte aufnehmen kann, damit die Wicklung vor äußeren schädlichen Einflüssen, wie beispielsweise die Ablagerung von Staubpartikeln, Kollektorabrieb, Feuchtigkeit, Salzen und Lösemitteln, geschützt ist, damit mechanische Beschädigungen durch, beispielsweise vom Lüfter angesaugte, Partikel verhin­ dert werden und damit die beim Betrieb der elektrischen Maschinen entstehende Erwärmung durch ohmsche und di­ elektrische Verluste aus der Wicklung an die umgebenden Kühleinrichtungen abgeführt werden kann, was zu einer Erhöhung der Lebensdauer des elektrischen Geräts beiträgt.

Diese Imprägnierung erfolgt üblicherweise mittels zu Duroplasten härtender Lacke oder Harze. Da einerseits die Anforderungen an die thermische Dauerbeständigkeit dieser Duroplasten sehr hoch sind, andererseits auch die oben angeführten Eigenschaften, insbesondere die elektrische Isolierfähigkeit, gegeben sein müssen, gibt es eine Reihe von Lacken und Harzen, die auf die spezifischen Anwendungsbereiche abgestimmt sind.

Bei den lösemittelhaltigen Lacken, deren Lösemittelan­ teil vor dem Aushärtevorgang entfernt werden muß, ist die Durchimprägnierung der elektrischen Wicklungen bei einmaliger Anwendung in der Regel schlecht. Dadurch wird die schon angesprochene Abführung ohmscher und dielektrischer Verlustwärmen aus dem Inneren der Wick­ lungen behindert. Darüber hinaus erfordert das Entfer­ nen des Lösemittels oftmals lange Vorwärmzeiten und komplizierte Temperaturführungen bei der Aushärtung des Lacks. Weiterhin sind bei den lösemittelhaltigen Lacken aufwendige Anlagen zur Abluftreinigung notwendig, da ansonsten eine beträchtliche Umweltbelastung durch Lösemitteldämpfe erfolgt.

Deshalb wurden die Lacke in der Elektroindustrie, von Sonderfällen abgesehen, durch lösemittelfreie Harze ersetzt. Hier haben sich insbesondere die ungesättigten Polyesterharze breiten Raum erobert, da sie gegenüber anderen duroplastischen Harzsystemen beträchtliche Vorteile aufweisen. So ist es möglich, die geforderten Eigenschaften durch molekulares Maßschneidern der ungesättigten Polyesterharze, wie beispielsweise die Auswahl spezifischer Monomerbausteine oder die Einstel­ lung spezifischer Molekulargewichte, in einem großen Maß zu erfüllen. Weiterhin kann die Reaktivität der ungesättigten Polyesterharze solchermaßen beeinflußt werden, daß kurze und damit kostengünstige Herstellpro­ zesse für Wicklungen elektrischer Maschinen möglich werden.

Besonders bezüglich der Anforderung nach thermischer Dauerbelastbarkeit weisen die ungesättigten Polyester­ harze, insbesondere die ungesättigten Polyesterimid­ harze, herausragende Eigenschaften auf.

Im allgemeinen sind die ungesättigten Polyesterharze aufgebaut zum einen aus Basisharzen, bestehend bei­ spielsweise aus alpha,beta-ungesättigten Dicarbonsäu­ ren, weiteren modifizierenden Mono-, Di- und/oder Polycarbonsäuren, Di- und/oder Polyolen und im Falle der Polyesterimde aus imidgruppenhaltigen hydroxyl­ gruppen- und carboxylgruppenhaltigen Bausteinen, und zum anderen aus Comonomeren, die mit den alpha,beta- ungesättigten Dicarbonsäureeinheiten des Basisharzes reagieren und zu Duroplasten führen können.

Als Comonomer bevorzugt ist Styrol, das wegen seiner guten Löseeigenschaften auch zur Einstellung der Verar­ beitungsviskosität verwendet wird.

Genannte Comonomere werden bei der Härtung unter geeig­ neten Bedingungen vollständig copolymerisiert. Man bezeichnet ein solches lösemittelfreies System als Tränkharz. Wie bei den Tränklacken auch kommt es wegen der Dampfdrucke der Comonomeren bei Applikationstempe­ ratur zu Verdampfungsverlusten, die allerdings im all­ gemeinen geringer als bei lösemittelhaltigen Systemen sind (50%, bezogen auf eingesetzte Menge an Lösemittel, Verdampfungsverlust bei lösemittelhaltigen Tränklacken, 10 bis 30% Verdampfungsverlust bei Tränkharzen).

Trotzdem ist auch bei einer Anwendung von Tränkharzen auf Basis ungesättigter Polyester eine aufwendige Rei­ nigung der Abluft notwendig, wobei aber die Reinigungs­ kapazitäten solcher Abluftanlagen geringer ausgelegt werden können, als bei Anwendungen von Tränklacken, da durch geeignete Harzeinstellungen und Verfahrensanpas­ sungen die Monomerenverluste reduziert werden können.

Die Verwendung anderer Harzsysteme, wie beispielsweise Epoxidharze, hat zum Nachteil, daß lange Härtungszeiten erforderlich sind, daß die Möglichkeiten zur Anpassung der Verarbeitungseigenschaften an die Fertigungsprozes­ se, ohne gravierende Einbußen bei den dielektrischen Eigenschaften zu erleiden, gering sind, sowie daß ei­ nige Harzbestandteile, wie beispielsweise bei den Epoxidharzen die thermisch hochbeständigen cycloali­ phatische Typen bzw. bei den Härtungsmitteln die Amine, eine hohe Toxizität aufweisen können.

Aufgabe und Lösung

Aus dem bisher diskutierten Stand der Technik resul­ tiert die Aufgabe, ein Tränk- oder Imprägnierverfahren zu entwickeln, das die bekannten Vorteile der Tränkung mit radikalisch härtenden Harzsystemen mit einer emis­ sionsarmen Tränk- und Härtungstechnologie vereinigt. Dazu wird es notwendig, Harze einzusetzen, die entweder keine Comonomere zur Härtung benötigen oder Comonomere enthalten, die bei Verarbeitungs- und Härtungstempera­ tur sehr niedrige Dampfdrücke aufweisen. Dabei müssen solche Comonomere noch eine genügend hohe Reaktivität aufweisen, um in wirtschaftlich vertretbar kurzen Zei­ ten auszuhärten. Außerdem dürfen weder die Harze noch die Comonomere bei den Verarbeitungs- und Härtungstem­ peraturen in nennenswertem Umfang Spaltprodukte frei­ setzen.

Die üblicherweise verwendeten Comonomeren sind zur Lösung dieser Aufgaben nicht geeignet, da die Comonome­ ren aus Gründen der Verarbeitbarkeit der Harze im flüssigen Zustand vorliegen müssen. Solche Comonomere, wie beispielsweise Vinyl- oder Allylverbindungen weisen als Flüssigkeiten bei Raumtemperatur und insbesondere bei Verarbeitungs- und Härtungstemperatur beträchtliche Dampfdrücke auf, die zu erheblichen Abdampfverlusten bei den Comonomeren führen.

Somit sind geeignete Comonomere bei Raumtemperatur fest oder hochviskos, wie auch die Harze selbst, die bei Raumtemperatur in hochviskosem, plastischem, teil­ kristallinem oder kristallinem Zustand vorliegen. In diesem Fall muß eine Tränkung der Objekte bei Tempera­ turen erfolgen, bei denen die Harze oder die Mischungen aus Harzen und Comonomeren im niedrigviskosen und/oder im geschmolzenen Zustand vorliegen.

Die Verwendung geschmolzener Harzsysteme in der Elek­ troisoliertechnik ist Stand der Technik. Solche ge­ schmolzenen Harzsysteme werden als lösemittelfreie Drahtlacke, extrudierbare Kabelmassen, Schmelzkleber oder Überzugsmassen verwendet. Dabei ist die Verwendung radikalisch härtender Systeme die Ausnahme, da bei solchen hochreaktiven Systemen die Verarbeitbarkeit, aufgrund der inakzeptabel kurzen Topfzeit (Zeit, in der das Harz im verarbeitungsfähigen Zustand vorliegt), sehr beschränkt ist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung war also, eine Stabilisierung der verwendeten Harzsysteme bei erhöhten Anwendungstem­ peraturen zu erreichen, ohne zu lange Härtungszeiten und zu hohe Härtungstemperaturen, bei welchen Zer­ setzungserscheinungen in den Harzen sowie Beschädigun­ gen an den zu imprägnierenden Werkstoffen auftreten können, zu bekommen.

In JP-A-53 05 97 91 werden Polyesterimidharze mit min­ destens dreiwertigen Carbonsäuren und Polyesterpolyolen als Monomerbausteine beschrieben, die mit Aminen und weiteren Anteilen an mindestens dreiwertigen Carbonsäu­ ren hergestellt werden. Solche Polyesterimidharze wer­ den in geschmolzener Form als Isolierbeschichtungsmit­ tel für elektrisch leitende Substrate eingesetzt. Die Beschichtungen weisen gute elektrische und mechanische Eigenschaften auf. Beim Beschichtungsprozeß werden keine giftigen Dämpfe freigesetzt.

DE-A 26 48 351 und DE-A 26 48 352 umfassen spritzgieß­ bare Harzzusammensetzungen, die aus 10 bis 50 Gew.-% ungesättigtem Polyesterharz, 0,2 bis 2 Gew.-% organi­ schem Peroxid, sowie aus inertem Füllstoff bestehen. Die ungesättigten Polyester sind aus den Bausteinen Polyol, ethylenisch ungesättigte Dicarbonsäure und gesättigter Dicarbonsäure aufgebaut. Solche Harzzusam­ mensetzungen werden für elektrische oder elektronische Bauteile verwendet, wie beispielsweise Isolatoren, Gehäuse für Nieder- und Mittelspannungs-Schalter, Ka­ belisolierungen und Stecker.

DE-A 16 40 428 beschreibt die Verwendung ringförmiger Körper aus ungesättigten Polyesterharzen, die zur Ver­ besserung der Blockfestigkeit mit Wachsen überzogen sind. Diese ringförmigen Körper werden zur Imprägnie­ rung von Wicklungen in einer solchen Weise verwendet, daß sie auf einen Wickelkopf der Wicklung gelegt wer­ den. Beim Erwärmen schmilzt das ungesättigte Poly­ esterharz, dringt in die Wicklung ein und wird dort ausgehärtet.

Den Verfahren des Standes der Technik ist gemein, daß sie im allgemeinen nur einen Teil der oben angeführten Aufgaben, die an Tränkharze gestellt werden, lösen.

Überraschenderweise wurde ein Verfahren zur Tränkung von Wicklungen elektrischer Maschinen gefunden, bei welchem als Imprägnierharz ein Harzsystem A) eingesetzt wird, enthaltend:

• A1) ein radikalisch zu Duroplasten härtbares Harz,
• A2) mindestens einen geeigneten Härter sowie gege­ benenfalls Beschleuniger,
• A3) gegebenenfalls weitere Comonomere und/oder weitere Polymerisate mit ethylenisch ungesät­ tigten radikalisch polymerisierbaren Gruppen, wobei der Dampfdruck von A3) bei Imprägnier- und Härtungstemperatur niedrig ist, sowie
• A4) gegebenenfalls weitere übliche Additive,

wobei das Harzsystem A) bei Raumtemperatur hochviskos, plastisch, teilkristallin oder kristallin ist und wobei das Harzsystem A) beim Imprägniervorgang durch Tempera­ turerhöhung auf Imprägniertemperatur in den niedrigvis­ kosen flüssigen Zustand überführt wird, so daß eine Imprägnierung nach den bekannten Verfahren der Tauch­ tränkung, Überflutung, Tauchrollierung, Träufelung oder Vergießen, gegebenenfalls mit Unterstützung der Impräg­ nierung durch Anlegen eines Vakuums, durchgeführt werden kann.

Vorzugsweise wird die Harzkomponente A1) aus der Gruppe ungesättigte Polyester, ungesättigte Polyesterimide, Bismaleinimide, oligomere Diallylphthalate, comonome­ renfreie Vinylester, comonomerenfreie Vinylether, como­ nomerenfreie Vinylurethane und/oder Polybutadienharze für sich allein genommen oder in Kombinationen unter­ einander ausgewählt.

Besonders bevorzugt ist die Harzkomponente A1) ausge­ wählt aus der Gruppe ungesättigte Polyester, ungesät­ tigte Polyesterimide und Bismaleinimide in Kombination mit der Harzkomponente A3) ausgewählt aus der Gruppe oligomere Diallylphthalate, Divinylethylenharnstoff, Divinylpropylenharnstoff, N-Vinylcarbazol, N-Vinyl­ pyrrolidon, comonomerenfreie Vinylester, comonomeren­ freie Vinylether, comonomerenfreie Vinylurethane, vinyl- und/oder allylgruppenhaltige Polyester oder Mischungen daraus.

Bevorzugt eingesetzte Härter A2) sind radikalbildende Peroxide, insbesondere organische Peroxide, und/oder Verbindungen, die Radikale durch Spaltung einer Koh­ lenstoff-Kohlenstoff-Bindung bilden. Besonders bevor­ zugt werden die Harzsysteme A) im aktivierten Zustand als Einkomponentenharze angeliefert, in Sonderfällen kann auch die Aktivierung unmittelbar vor der Impräg­ nierung unter Verwendung geeigneter Mischdosierein­ richtungen erfolgen.

Die zu imprägnierenden Substrate werden vorzugsweise vor der Imprägnierung auf eine Temperatur vorerwärmt, die gleich oder größer der Imprägniertemperatur ist. Die Vorerwärmung der zu imprägnierenden Substrate erfolgt beispielsweise durch Stromwärme, Induktionshei­ zung, Mikrowellenstrahlung oder Infrarotstrahlung.

Die Imprägnierung der Substrate erfolgt bevorzugt durch Tauchen, Fluten, Tauchrollieren, Träufeln oder Ver­ gießen, wobei die Tränkung in einem solchen Vakuum durchgeführt wird, bei dem die verwendeten Komponenten A1) bis A4) noch einen vernachlässigbar geringen Dampfdruck besitzen.

Im Fall der Tauch- oder Überflutungstränkung kann das Substrat so lange eingetaucht bleiben, bis eine Gelie­ rung des Harzsystems A) im Substrat erfolgt ist.

Nach der Imprägnierung mit den Harzsystemen erfolgt die Härtung der Harzsysteme bei einer Temperatur, die über der Temperatur der Harzschmelze liegt und die bei­ spielsweise durch Stromwärme, Induktionsheizung, Mikro­ wellenstrahlung, Infrarotstrahlung oder eine konven­ tionelle Wärmeofenpassage erzeugt wird, wobei gegebe­ nenfalls die Oberflächentrocknung durch Einwirkung energiereicher Strahlung, wie beispielsweise UV- oder Elektronenstrahlung, unterstützt wird.

Durchführung der Erfindung Die Komponenten des Harzsystems A)

Als Komponente A1) werden bevorzugt eingesetzt: unge­ sättigte Polyesterharze, die gegebenenfalls imidgrup­ penhaltige Bausteine aufweisen, Bismaleinimidharze, oligomere Diallylphthalate, comonomerenfreie Vinyl­ ester, comonomerenfreie Vinylether, comonomerenfreie Vinylurethane und/oder Polybutadienharze.

Ungesättigte Polyesterharze sind bekannt. Imidgruppen­ haltige ungesättigte Polyesterharze sind beispielsweise in DE-A 15 70 273, DE-A 17 20 323 und DE-A 24 60 768 beschrieben.

Bausteine der ungesättigten Polyesterharze sind neben den üblichen Polyesterbausteinen beispielsweise: poly­ merisierbare Doppelbindungen enthaltende Polyole, wie Glycerinmonoallylether, Trimethylolpropanmonoallylether sowie Pentaerythritmono- und -diallylether, und polymerisierbare Doppelbindungen enthaltende Poly­ carbonsäuren bzw. deren Anhydride, wie Fumarsäure, Tetrahydrophthalsäure bzw. Tetrahydrophthalsäureanhy­ drid und bevorzugt Maleinsäure bzw. Maleinsäureanhydrid sowie polymerisierbare Doppelbindungen enthaltende Monocarbonsäuren, wie beispielsweise Acryl- und/oder Methacrylsäure. Wie beispielsweise in DE-A 24 60 768 beschrieben, kann zur Modifizierung der Eigenschaften der ungesättigten Polyesterharze ein Teil der ungesät­ tigten Dicarbonsäure durch gesättigte Dicarbonsäuren, wie z. B. Adipinsäure, perhydrierte Isophthalsäure, Phthalsäure, Phthalsäureanhydrid und/oder dimerisisier­ te Fettsäuren ersetzt werden.

Geeignete mit den ungesättigten Polyestern bzw. imid­ gruppenhaltigen Polyestern A1) copolymerisierbare Kom­ ponenten A3) sind beispielsweise: Diallylphthalat-Prä­ polymere, Divinylethylenharnstoff, Divinylpropylen­ harnstoff, N-Vinylcarbazol, N-Vinylpyrrolidon, comono­ merenfreie Vinylester, comonomerenfreie Vinylether, comonomerenfreie Vinylurethane sowie Polyester, die Vinyl- oder Allylgruppen enthalten und die sich von A1) unterscheiden, wie beispielsweise Polyester aufgebaut aus gesättigten und/oder ungesättigten Polycarbonsäuren mit Pentaerythritmono-, -di- und/oder -triallylether und gegebenenfalls modifizierenden Glykolen als Monomerbausteinen. Die copolymerisierbaren Komponenten A3) weisen bei den Imprägnier- und Härtungstemperaturen so niedrige Dampfdrücke auf, daß keine nennenswerten Immissionen erfolgen können.

Als Bismaleinimidkomponente A1) können beliebige nie­ dermolekulare Bismaleinimide verwendet werden. Vor­ teilhaft verwendet man Bismaleinimide der Formel I

wobei der Rest R1 einen aliphatischen, cycloaliphati­ schen, araliphatischen oder aromatischen Rest bezeich­ net und wobei die genannten Reste gegebenenfalls weite­ re funktionelle Gruppen, wie Ether-, Ester-, Amid-, Carbamat-, Keto-, Sulfon- oder Hydroxylgruppen aufwei­ sen können.

Bevorzugt steht R1 für einen geradkettigen Alkylenrest mit 2 bis 20, insbesondere 2 bis 10 Kohlenstoffatomen oder einen 4,4′-Diphenylmethan-, 2,4-Toluylen-, 1,3- oder 1,4-Phenylenrest.

Geeignete Bismaleinimide sind beispielsweise Ethylen­ bismaleinimid, Butylenbismaleinimid, Hexamethylenbis­ maleinimid, 4,4′-Diphenylmethanbismaleinimid, 2,4,-To­ luylenbismaleinimid und 1,3-Phenylenbismaleinimid oder deren Gemische.

Geeignete mit den Bismaleimiden A1) copolymerisierbare Komponenten A3) sind beispielsweise: oligomere Diallyl­ phthalate, Divinylethylenharnstoff, Divinylpropylen­ harnstoff, N-Vinylcarbazol, comonomerenfreie Vinyl­ ester, comonomerenfreie Vinylether, comonomerenfreie Vinylurethane sowie Polyester, die Vinyl- oder Allyl­ gruppen enthalten und die sich von A1) unterscheiden, wie beispielsweise aufgebaut aus gesättigten und/oder ungesättigten Polycarbonsäuren mit Pentaerythritmono-, -di- und/oder -triallylether und gegebenenfalls modi­ fizierenden Glykolen als Monomerbausteinen. Die copoly­ merisierbaren Komponenten A3) weisen bei den Impräg­ nier- und Härtungstemperaturen so niedrige Dampfdrücke auf, daß keine nennenswerten Immissionen erfolgen kön­ nen.

Weiterhin können als Komponente A1) für sich allein genommen oder im Gemisch mit anderen unter A1) aufge­ führten Komponenten eingesetzt werden: oligomere Diallylphthalate, comonomerenfreie Vinylester, comono­ merenfreie Vinylether, comonomerenfreie Vinylurethane und/oder Polybutadienharze.

Als Härter A2) können je nach Harzsystem A) bekannte Peroxide mit geeigneten Zerfallstemperaturen oder Ver­ bindungen eingesetzt werden, die thermisch unter Bil­ dung von Kohlenstoffradikalen zerfallen. Gegebenenfalls sind zusätzlich Verbindungen anwesend, die den Zerfall der Radikalbildner beschleunigen. Erfindungswesent­ lich ist, daß die Härter A2) erst oberhalb der Impräg­ niertemperaturen einen nennenswerten Radikalstrom erzeugen, der die Aushärtung des Harzsystems A) bewirkt.

Beispiele für Peroxide A2), die erst oberhalb der Im­ prägniertemperatur einen nennenswerten Zerfall in Radikale erleiden, sind handelsübliche organische Peroxide, wie tert.-Butylperbenzoat, tert.-Butylper­ isononanoat oder tert.-Butylperoctoat, bzw. Peroxide in Kombination mit Beschleunigern, wie Benzoylperoxid in Kombination mit tertiären Aminen bzw. Perester mit Kobaltsalzen organischer Säuren.

Als Beispiele für Härter A2), die unter Bildung von Kohlenstoffradikalen zerfallen, seien Benzopinakol, substituierte Bernsteinsäurederivate und vorzugsweise Silylether substituierter Ethylenglykole, wie bei­ spielsweise in DE-A 26 32 294 beschrieben, genannt. Solche Silylether gemäß DE-A 26 32 294 zerfallen teil­ weise erst bei höheren Temperaturen in Radikale und sind unter Umständen in dem zu polymerisierenden Harz­ system A) noch bei Temperaturen über 80 Grad C weitest­ gehend stabil.

Zur Stabilisierung gegen vorzeitige Härtung können die Harzsysteme A) als Bestandteil der Komponente A4) an sich bekannte Stabilisierungsmittel für radikalisch polymerisierbare Verbindungen enthalten, wie bei­ spielsweise Chinone, Hydrochinone, sterisch gehinderte Phenole und/oder sterisch gehinderte Amine sowie Nitro­ verbindungen.

Als weitere Bestandteile der gegebenenfalls anwesenden Komponente A4) können die an sich üblichen Verarbei­ tungshilfsmittel für Beschichtungsharze anwesend sein, wie beispielsweise oberflächen- und grenzflächenaktive Stoffe zur Verbesserung des Verlaufs und des Eindring­ vermögens, viskositätsbeeinflussende Additive, wie pyrogene Kieselsäure oder Bentonite, sowie mineralische oder organische Füllstoffe.

Die Imprägnierung und Härtung

Die Imprägnierung der Substrate, beispielsweise der Wicklungen elektrischer Maschinen, erfolgt mit den erfindungsgemäßen Harzsystemen A), bestehend aus den Komponenten A1), A2) und gegebenenfalls A3) sowie A4), in der Schmelze von A) bei Temperaturen, die unterhalb der Härtungstemperatur liegen.

Die Verarbeitungszeiten der Harzsysteme A) sind sol­ chermaßen bemessen, daß eine Imprägnierung nach den Verfahren des Standes der Technik möglich sind. Solche Imprägnierverfahren sind beispielsweise:

• - das Tränken des zu imprägnierenden Substrats, das gegebenenfalls vorgeheizt ist, durch Eintauchen in die Schmelze des Harzsystems A), Verweilen des zu im­ prägnierenden Substrats in der Schmelze, bis die Harzschmelze alle zu imprägnierenden Stellen erreicht hat, gegebenenfalls bis zum Gelieren des in das Substrat eingedrungenen Harzes, Austauchen und Ab­ tropfen des imprägnierten Substrats sowie anschlie­ ßendes Aushärten des aufgenommenen Harzsystems A),
• - das Träufeln der Schmelze des Harzsystems A) auf das zu imprägnierende Substrat, wobei die Schmelze des Harzsystems A) mittels geeigneter Pumpen auf das ge­ gebenenfalls vorgeheizte Substrat aufgeträufelt wird, wobei gegebenenfalls der Härter A2) durch geeignete Mischdosiervorrichtungen vor dem Aufträufeln der Schmelze aus A1 sowie gegebenenfalls A3 und A4 zudosiert wird oder wobei das Harzsystem A) schon vorher durch Zugabe des Härters A2 aktiviert wird,
• - das Überfluten mit der Schmelze des Harzsystems A), wobei das gegebenenfalls vorgeheizte Substrat durch ein aufsteigendes Bad aus aktivierter Schmelze des Harzsystems A) solchermaßen überflutet wird, daß eine genügende Imprägnierung des Substrats erfolgt, an­ schließendes Ablassen der Schmelze des Harzsystems A), gegebenenfalls bis zum Gelieren des in das Substrat eingedrungenen Harzes, Abtropfenlassen des Substrats und anschließendes Aushärten der vom Substrat aufgenommenen Schmelze des Harzsystems A),
• - das Tauchrollieren mit der Schmelze des Harzsystems A), wobei das gegebenenfalls vorgeheizte Substrat solchermaßen durch die aktivierte Schmelze des Harz­ systems A) gerollt wird, daß, im Falle von Wicklungen elektrischer Maschinen als Substrat, nur die Wicklung und der die Wicklung tragende Teil des Substrats von der Schmelze des Harzsystems A) bedeckt werden, bis eine ausreichende Imprägnierung der Wicklung erfolgt ist und anschließendes Aushärten der vom Substrat (von der Wicklung) aufgenommenen Schmelze, vorzugs­ weise unter Rotation, sowie
• - das Vergießen der Substrate in wiederverwendbarer oder verlorener Form mit einem voraktivierten Harz­ system A) oder, unter Verwendung eines geeigneten Mischdosiersystems, durch Zumischen des Härters A2) zu den Harzkomponenten A1 sowie gegebenenfalls A3) und A4) unmittelbar vor dem Vergießen.

Die oben angeführten Imprägnierverfahren können zur Verbesserung der Imprägnierqualität bevorzugt im Vakuum oder auch im Wechsel zwischen Vakuum und Überdruck durchgeführt werden.

Die Vorwärmung der Substrate kann beispielsweise durch Stromwärme (Erwärmung durch elektrischen Widerstand), Induktionsheizung, Mikrowellen- oder Infrarotheizung sowie durch Passage eines konventionellen Wärmeofens erfolgen.

Die Härtung des nach der Imprägnierung am Substrat anhaftenden Harzsystems A) kann beispielsweise wie bei der Vorwärmung der Substrate durch Stromwärme, Induk­ tionsheizung, Mikrowellen- oder Infrarotheizung sowie durch Passage eines konventionellen Wärmeofens erfol­ gen, wobei die Härtung an der Substratoberfläche gege­ benenfalls durch zusätzliche Bestrahlung, beispielswei­ se IR-, UV- oder Elektronenstrahlung, unterstützt werden kann.

Die Beurteilung der bei der Härtung auftretenden Immis­ sionen erfolgt folgendermaßen:
In ein Probenschälchen einer TGA(-Thermogravimetrische Analyse)-Apparatur werden möglichst gleiche Mengen aktivierter Harzsysteme A) eingefüllt und mit einem konstanten Luftstrom überstrichen. Danach wird mit einer vorgegebenen Aufheizrate auf die notwendige Här­ tungstemperatur aufgeheizt und dann diese Temperatur für die Härtung notwendige Zeit konstant gehalten. Wäh­ rend dieser Zeit wird der Massenverlust im Harzsystem A) bestimmt. Bei konventionellen Systemen, enthaltend ungesättigte Polyesterharze und niedermolekulare Como­ nomere, liegt der Massenverlust bei einer Aufheizzeit von 10 Minuten auf die Härtungstemperatur von 140 Grad C und einer Härtungszeit von 1 Stunde bei 140 Grad C bei etwa 30 Gew.-%.

Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung weiter veranschaulichen. Alle Prozentangaben beziehen sich, soweit nicht anders angeführt, auf Gewichtsprozent.

Beispiele Beispiel 1

Ein ungesättigtes Polyesterimid A1) gemäß Beispiel 2 der DE-C 24 60 768 aus Maleinsäureanhydrid, Neopentyl­ glykol, Trishydroxyisocyanurat und dem Reaktionsprodukt aus Tetrahydrophthalsäureanhydrid und Monoethanolamin wird mit 10 Gew.-%, bezogen auf das Harzsystem A), Diallylphthalat-Oligomer A3) (Typ Ftalidap 27, Herstel­ ler Alusuisse) in der Schmelze gemischt. Als Härter A2) werden 2 Gew.-%, bezogen auf das Harzsystem A), Benzo­ pinakolsilylether (Typ Initiator BK, Hersteller Bayer AG) zugemischt. Das Harzsystem A) hat bei Raumtempera­ tur eine fast feste Konsistenz und bei 80 Grad C eine Viskosität von 1300 mPa·s. Die Topfzeit des Harzsystems A) beträgt bei 80 Grad C 210 Minuten, die Gelierzeit bei 140 Grad C 27 Minuten.

In das auf 80 Grad C aufgewärmte geschmolzene Harz­ system A) wird der Stator eines Elektromotors, der im Wärmeofen auf 120 Grad C vorgewärmt wurde, langsam ein­ getaucht. Der Stator verbleibt so lange im geschmolze­ nen Harzsystem A), bis keine Blasen mehr aufsteigen. Danach wird der Stator langsam ausgetaucht, etwa 2 Minuten abtropfen gelassen und hiernach das Harzsystem A) durch Erwärmen im Ofen auf 160 Grad C während 30 Minuten gehärtet.

Nach dem Härten ist die Wicklung des Stators ausrei­ chend verfestigt. Nach dem Aufsägen der Wicklung zeigt der Stator eine ausreichende Durchimprägnierung. Der thermogravimetrisch bestimmte Massenverlust beim Auf­ heizen in der TGA-Apparatur auf 160 Grad C in 10 Minu­ ten und Halten der Temperatur bei 160 Grad C für 30 Minuten beträgt 3,4 Gew.-%, bezogen auf das Harzsystem A).

Beispiel 2

Das ungesättigte Poylesterimid A1) gemäß Beispiel 1 wird mit einem Polyester A3), der aus 2 Mol Penta­ erythrittriallylether, 4 Mol Adipinsäure und 3 Mol Pentaerythritdiallylether durch Schmelzekondensation hergestellt wurde, im Verhältnis 2 : 1 gemischt und mit 2 Gew.-%, bezogen auf das Harzsystem A), gemäß Beispiel 1 gemischt. Die Mischung hat bei Raumtemperatur eine plastische Konsistenz und bei 100 Grad C eine Viskosi­ tät von 570 mPa·s. Die Topfzeit des Harzsystems A) mit 1 Gew.-%, bezogen auf das Harzsystem A), tert.-Butyl­ perbenzoat als zusätzliche Härterkomponente A2) beträgt bei 100 Grad C 210 Minuten, die Gelierzeit bei 160 Grad C 10 Minuten.

In das auf 100 Grad C aufgewärmte geschmolzene Harz­ system A) wird der Stator eines Elektromotors, der im Wärmeofen auf 120 Grad C vorgewärmt wurde, langsam ein­ getaucht. Der Stator verbleibt so lange im geschmolze­ nen Harzsystem A), bis keine Blasen mehr aufsteigen. Danach wird der Stator langsam ausgetaucht, etwa 2 Minuten abtropfen gelassen und hiernach das Harzsystem A) durch Erwärmen im Ofen auf 160 Grad C während 30 Minuten gehärtet.

Nach dem Härten ist die Wicklung des Stators ausrei­ chend verfestigt. Nach dem Aufsägen der Wicklung zeigt der Stator eine ausreichende Durchimprägnierung. Der thermogravimetrisch bestimmte Massenverlust beim Auf­ heizen in der TGA-Apparatur auf 160 Grad C in 10 Minu­ ten und Halten der Temperatur bei 160 Grad für 30 Minu­ ten beträgt 2,3 Gew.-%, bezogen auf das Harzsystem A).

Beispiel 3

Ein monomerenfreier Vinylester A1) (Typ Palatal A430-01, monomerenfrei, Hersteller BASF AG), der bei Raum­ temperatur fest ist und bei 100 Grad C eine Viskosität von 500 mPa·s besitzt, wird im Vorratsbehälter einer konventionellen Träufelanlage aufgeschmolzen. Nach Zumischen von 1 Gew.-%, bezogen auf das gesamte Harz­ system A), tert.-Butylperbenzoat als Härter A2) mit einem an sich üblichen Mischdosierkopf wird das sol­ chermaßen hergestellte Harzsystem A) auf einen Anker geträufelt, dessen Wicklung durch Stromwärme auf 140 Grad C erwärmt worden war.

Das Harzsystem A) wird bei 140 Grad C während 15 Minu­ ten gehärtet. Nach dem Härten ist die Wicklung ausrei­ chend verfestigt. Nach dem Aufsägen der Wicklung zeigt diese eine ausreichende Durchimprägnierung. Der thermo­ gravimetrisch bestimmte Massenverlust beim Aufheizen in der TGA-Apparatur auf 140 Grad C in 10 Minuten und Hal­ ten der Temperatur bei 140 Grad C für 15 Minuten be­ trägt 1,4 Gew.-%, bezogen auf das Harzsystem A).

Claims (14)

1. Verfahren zur Imprägnierung von Substraten, insbe­ sondere von Wicklungen elektrischer Maschinen, mit radikalisch härtbaren Harzsystemen A), dadurch gekennzeichnet, daß das Harzsystem A) auf­ gebaut ist aus:

• A1) einem radikalisch zu Duroplasten härtbaren Harz,
• A2) mindestens einem geeigneten Härter sowie gege­ benenfalls Beschleuniger,
• A3) gegebenenfalls weiteren Comonomeren und/oder Polymerisaten mit ethylenisch ungesättigten, radikalisch polymerisierbaren Doppelbindungen, wobei der Dampfdruck von A3) bei Imprägnier- und Härtungstemperatur niedrig ist, sowie
• A4) gegebenenfalls weiteren üblichen Additiven,

daß das Harzsystem A) bei Raumtemperatur hoch­ viskos, plastisch, teilkristallin oder kristallin ist und daß das Harzsystem A) bei der Imprägnier­ temperatur niederviskos ist.

2. Verfahren zur Imprägnierung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Harzkomponente A1) ausgewählt ist aus der Gruppe ungesättigte Poly­ ester, ungesättigte Polyesterimide, Bismaleinimi­ de, oligomere Diallylphthalate, comonomerenfreie Vinylether, comonomerenfreie Vinylester, comonome­ renfreie Vinylurethane, Polybutadienharze und/oder Mischungen daraus, wobei die ungesättigten Poly­ ester und ungesättigten Polyesterimide copolyme­ risierbare Vinyl- und/oder Allylgruppen enthalten können.

3. Verfahren zur Imprägnierung nach Anspruch 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Harzkomponente A1) ausgewählt ist aus der Gruppe ungesättigte Poly­ ester, ungesättigte Polyesterimide und Bisma­ leinimide und daß die Harzkomponente A3) ausge­ wählt ist aus der Gruppe oligomere Diallylphthala­ te, Divinylethylenharnstoff, Divinylpropylenharn­ stoff, N-Vinylcarbazol, N-Vinylpyrrolidon, como­ nomerenfreie Vinylester, comonomerenfreie Vinyl­ ether, comonomerenfreie Vinylurethane, vinyl­ und/oder allylgruppenhaltige Polyester oder Mi­ schungen daraus.

4. Verfahren zur Imprägnierung nach einem der Ansprü­ che 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Härterkomponente A2) ein organisches Peroxid und/oder eine Verbin­ dung ist, die durch Spaltung einer oder mehrerer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen Radikale lie­ fert.

5. Verfahren zur Imprägnierung nach einem der Ansprü­ che 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Harzsysteme A) entweder im aktivierten Zustand angeliefert oder unmittelbar vor dem Imprägnierschritt durch Zugabe der Härterkomponente A2) aktiviert werden.

6. Verfahren zur Imprägnierung nach einem der Ansprü­ che 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zu tränkenden Substrate vor der Imprägnierung auf eine Tempera­ tur, die gleich oder größer als die Temperatur der Schmelze des Harzsystems ist, vorerwärmt werden.

7. Verfahren zur Imprägnierung nach Anspruch 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Vorerwärmung der Substrate durch Stromwärme, Induktionsheizung, Mikrowellenstrahlung, Infrarotstrahlung oder durch eine konventionelle Wärmeofenpassage erfolgt.

8. Verfahren zur Imprägnierung nach einem der Ansprü­ che 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Imprägnierung der Substrate durch einfaches Tauchen, durch Fluten, durch Tauchrollieren, durch Träufeln oder durch Vergießen in oder mit der Schmelze des Harzsystems A) erfolgt.

9. Verfahren zur Imprägnierung nach einem der Ansprü­ che 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat im Falle der Tauch- oder Überflutungstränkung so lange im Harzsystem A) verbleibt, bis das im Substrat ent­ haltene Harz geliert ist.

10. Verfahren zur Imprägnierung nach einem der Ansprü­ che 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Anschluß an den Im­ prägnierschritt die Härtung der im Substrat vor­ handenen Schmelze des Harzsystems A) durch Strom­ wärme, Induktionsheizung, Mikrowellenstrahlung, Infrarotstrahlung oder durch eine konventionelle Wärmeofenpassage bei einer Temperatur erfolgt, die höher ist als die Temperatur der Schmelze des Harzsystems A).

11. Verfahren zur Imprägnierung nach Anspruch 10, da­ durch gekennzeichnet, daß die Härtung der im Substrat vorhandenen Schmelze des Harzsystems A) zur Oberflächentrocknung zusätzlich durch die Einwirkung energiereicher Strahlung unterstützt wird.

12. Verwendung des Verfahrens zur Imprägnierung von Substraten nach einem der Ansprüche 1 bis 11 für elektrisch leitende Substrate.

13. Verwendung des Verfahrens gemäß Anspruch 12 für Wicklungen elektrischer Maschinen.