DE19653387A1 - Prepregmaterial, insbesondere für elektrische Isolierungen - Google Patents

Prepregmaterial, insbesondere für elektrische Isolierungen

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Prepregmaterial, das eine Kunststoffolienschicht beinhaltet und insbesondere für elek­ trische Isolierungen verwendbar ist.
Prepregmaterialien werden beispielsweise für elektrische Iso­ lierzwecke bei Transformatoren verwendet. So wird in Trocken­ transformatoren, die als Verteiltransformatoren im Leistungs­ bereich bis etwa zwischen 20 MVA und 30 MVA benutzt werden, die sogenannte Unter- oder Niederspannungswicklung heutzutage weitestgehend in der sogenannten Folienwickeltechnik ausge­ führt. Dabei wird der elektrische Leiter in Form einer Kup­ fer- oder Aluminiumblech-Breitbahn oder einer entsprechenden Metallfolie parallel mit einem bahnförmigen Prepregmaterial auf speziellen Wickelmaschinen zu Spulen gewickelt. In der erhaltenen Transformatorenspule ist der elektrische Leiter zusammen mit dem Prepregmaterial spiralig aufgewickelt. Die Spule wird üblicherweise aus Festigkeitsgründen mit einer äu­ ßeren Bandage versehen und anschließend einem Temperaturpro­ zeß zur Aushärtung eines im Prepregmaterial meist im noch re­ aktionsfähigen, sogenannten B-Zustand vorliegenden Kunsthar­ zes unterworfen. Dabei schmilzt das noch reaktive Prepreg- Kunstharz, verklebt die einzelnen Windungen der Spule mitein­ ander und härtet aus. Die so gefertigten Spulen sind mecha­ nisch sehr stabil und widerstehen im Gebrauch betriebsbeding­ ten, hohen dynamischen Kurzschlußkräften.
Es sind bereits verschiedene Prepregmaterialien für diesen Anwendungszweck bekannt und z. B. in dem Prospektblatt "KREMPEL-Elektroisolierstoffe: Spitzentechnologie für Moto­ ren, Transformatoren und Generatoren" und der Firmenschrift "Electrical Insulation Materials" der Anmelderin angegeben. Ein erstes Beispiel sind Prepregs aus einem mit einem Poly­ esterimidharz oder einem Epoxidharz im noch reaktionsfähigen B-Zustand getränkten Glasgewebe. Mit einem solchen Prepreg wird für Transformatorenspulen nach dem Aushärten eine hohe mechanische Festigkeit und eine sehr gute thermische Bestän­ digkeit aufgrund des verwendeten Glasgewebes erzielt, die elektrische Festigkeit der einzelnen Lagen, d. h. die Win­ dungsisolation, ist jedoch beschränkt. Ein weiteres Beispiel sind Prepregs aus einem mit einem Epoxidharz getränkten Fein­ glimmer-Glasgewebe. Diese Variante erfüllt die thermischen und elektrischen Anforderungen, jedoch neigt das Feinglimmer­ material bei mechanischen Beanspruchungen aufgrund der Schup­ penstruktur des Glimmers zum Delaminieren. Des weiteren wurde bereits ein gattungsgemäßes Prepregmaterial in Form eines Mehrschichtisolierstoffs auf Basis einer Polyesterfolie vor­ geschlagen, wobei die Polyesterfolie beidseitig mit einer Po­ lyestervliesabdeckung, auf dem Fachgebiet unter der Abkürzung DMD geläufig, versehen ist. Dabei sind die Abdeckungen mit einem Polyesterimidharz oder einem Epoxidharz im noch reakti­ onsfähigen B-Zustand imprägniert. Dieses Prepregmaterial hat aufgrund der verwendeten Polyesterfolie eine hohe elektrische Festigkeit. Jedoch ist die thermische Belastbarkeit aufgrund der benutzten Polyesterfolie und des benutzten Polyestervlie­ ses begrenzt. Außerdem bietet im Überlastfall der rein orga­ nische Aufbau dieses Prepregmaterials keinen so guten Schutz, wie er bei Materialien mit anorganischen Komponenten dadurch gegeben ist, daß auch bei hohen Temperaturen im Überlastfall anorganische Distanzierungen verbleiben.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstel­ lung eines Prepregmaterials zugrunde, das eine hohe elektri­ sche Festigkeit bietet und gegenüber thermischen und mechani­ sche Beanspruchungen ausreichend stabil ist.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Prepregmaterials mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dieses Prepregmaterial besitzt eine Kunststoffolienschicht, die einseitig mit einer Glasvliesschicht versehen ist, die mit einem Kunstharz im noch reaktionsfähigen B-Zustand imprä­ gniert ist. Durch die Kunststoffolienschicht erhält das Pre­ pregmaterial eine hohe elektrische Festigkeit. Die Glasvlies­ schicht bleibt selbst bei hohen Temperaturen stabil und ist daher in der Lage, bei Anwendung des Prepregmaterials in spi­ ralförmigen Transformatorenwicklungen auch bei hohen Tempera­ turen als zuverlässige, anorganische Distanzierung zwischen den einzelnen Windungen der elektrischen Leiterbahn zu fun­ gieren. Bei einer solchen Anwendung wird das Prepregmaterial bahnförmig zusammen mit der elektrischen Leiterbahn gewickelt, wonach die so entstandene Spirale einem Temperprozeß zum Aushärten des Kunstharzes unterzogen wird.
Bei einem nach Anspruch 2 weitergebildeten Prepregmaterial ist die Kunststoffolienschicht auf ihrer der Glasvliesschicht abgewandten Seite mit einem Kunstharzfilm im B-Zustand verse­ hen. Bei Verwendung dieses Prepregmaterials für spiralige Transformatorenwicklungen wird das Prepregmaterial mit seiner nur mit dem Kunstharzfilm versehenen Seite auf die elektri­ sche Leiterbahn gelegt und zusammen mit dieser so gewickelt, daß seine Glasvliesschicht nach außen weist. Beim Aushärte­ vorgang drückt die sich durch die Temperaturerhöhung etwas dehnende elektrische Leiterbahn nach außen auf die mit dem Kunstharzfilm versehene Seite der Kunststoffolienschicht, die unter der Temperatureinwirkung leicht schrumpft. Dies ergibt eine optimale Verklebung von Leiterbahn und Kunststoffolien­ schicht. Nach außen verklebt das Prepregmaterial durch seine harzreiche, kompressible und damit anpassungsfähige Glas­ vliesschicht ebenfalls gut mit der Leiterbahn.
Vorteilhafte Kombinationen von Dicke und Material für die Kunststoffolienschicht des Prepregmaterials sind in Anspruch 3 angegeben.
Als günstig erweist sich eine Realisierung der Glasvlies­ schicht mit einem Flächengewicht zwischen etwa 20 g/m2 und 250 g/m2, wie in Anspruch 4 angegeben.
Vorteilhaft verwendbare Kunstharztypen sind in Anspruch 5 an­ gegeben.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
Die einzige Figur zeigt eine ausschnittweise Querschnittan­ sicht eines bahnförmigen Prepregmaterials für Transformato­ renwicklungen.
Das gezeigte, bahnförmige Prepregmaterial beinhaltet eine Kunststoffolienschicht 1, die je nach Anwendungsfall bei­ spielsweise als Polyesterfolie, Polyethylenterephtalatfolie, Polyimidfolie oder Hochtemperaturfolie realisiert sein kann. Die Dicke der Kunststoffolienschicht 1 kann ebenfalls auf den jeweiligen Anwendungsfall abgestellt werden und beträgt typi­ scherweise zwischen 23 µm und 250 µm.
Auf eine Seite der Kunststoffolienschicht 1 ist eine Glas­ vliesschicht 2 aufgebracht, beispielsweise durch Aufkleben. Die Glasvliesschicht 2 ist aus wirren, unregelmäßigen Glasfa­ sern aufgebaut und mit einem geeigneten Kunstharz imprä­ gniert. Verwendbare Kunstharze sind insbesondere Polyester­ imid-, Epoxid- und Polyimidharze. Die kunstharzimprägnierte Glasvliesschicht 2 ist vorzugsweise so ausgeführt, daß sie ein Flächengewicht zwischen etwa 25 g/m2 und 200 g/m2 aufweist.
Auf ihrer der Glasvliesschicht 2 abgewandten Seite ist die Kunststoffolienschicht 1 oberflächlich mit einem Kunstharz­ film 3 beschichtet, für den dasselbe Kunstharz verwendet wird wie für die Imprägnierung der Glasvliesschicht 2.
Das so aufgebaute Prepregmaterial eignet sich besonders gut für den Einsatz als Isolierstoff in spiralförmigen Wicklungen von Transformatoren, wie Unterspannungswicklungen von Trocken­ transformatoren. Bei dieser Anwendung wird das bahnförmige Prepregmaterial mit seinem Kunstharzfilm 3 auf die elektri­ sche Leiterbahn, z. B. in Form einer Breitbahn aus einer Kup­ fer- oder Aluminiumfolie, aufgelegt, wonach dieser Schicht­ aufbau in einer speziellen Wickelmaschine spiralförmig aufge­ wickelt wird. Diese gewickelte Spule wird anschließend einem Temperprozeß zur Aushärtung des noch reaktiven Kunstharzes unterworfen, wobei sie bei Bedarf zur Festigkeitserhöhung mit einer äußeren Bandage versehen werden kann. Während des Tem­ perprozesses schmilzt das noch reaktive Kunstharz des Pre­ pregmaterials, verklebt dadurch die einzelnen Spulenwindungen miteinander und härtet aus. Bei diesem Vorgang dehnt sich die Metallfolie, deren Durchmesser unter der Temperatureinwirkung zunimmt, und drückt dadurch nach außen auf die mit dem Kunst­ harzfilm 3 versehene Seite der Kunststoffolienschicht 1, wäh­ rend letztere aufgrund der Temperatureinwirkung leicht schrumpft. Somit ergibt sich eine optimale Verklebung der Me­ tallfolie mit der Kunststoffolienschicht 1 des Prepregmaterials. Nach außen weist das Prepregmaterial seine harzreiche, kompressible und damit anpassungsfähige Glasvliesschicht 2 auf, die ebenfalls eine gute Verklebung mit der Metallfolie ergibt.
Die auf diese Weise hergestellte Transformatoren-Spulen­ wicklung hält vergleichsweise hohen thermischen, elektrischen und mechanischen Beanspruchungen stand. Durch die Kunststoff­ folienschicht 1 besitzt das Prepregmaterial eine hohe elek­ trische Festigkeit. Durch die Glasvliesschicht 2 hält das Prepregmaterial hohe mechanische Belastungen aus und ist sehr temperaturfest. Das Glasvliesmaterial bleibt selbst bei hohen Temperaturen als anorganische Distanzierung bestehen und ge­ währleistet damit die erforderliche elektrische Festigkeit auch bei sehr hohen Temperaturen, wie sie beispielsweise im Überlastfall bei Transformatoren auftreten können. Es ver­ steht sich, daß das erfindungsgemäße Prepregmaterial auch an­ derweitig überall dort verwendbar ist, wo Bedarf an einem elektrisch isolierenden, thermisch und mechanisch belastbaren Schichtmaterial besteht.

Claims (5)

1. Prepregmaterial, insbesondere für elektrische Isolie­ rungen bei Transformatoren, mit
  • - einer Kunststoffolienschicht (1), dadurch gekennzeichnet, daß
  • - die Kunststoffolienschicht (1) einseitig mit einer Glasvliesschicht (2) versehen ist, die mit einem Kunstharz im B-Zustand imprägniert ist.
2. Prepregmaterial nach Anspruch 1, weiter dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Kunststoffolienschicht (1) auf ihrer der Glasvliesschicht (2) abgewandten Seite mit einem Kunst­ harzfilm (3) im B-Zustand versehen ist.
3. Prepregmaterial nach Anspruch 1 oder 2, weiter da­ durch gekennzeichnet, daß die Kunststoffolienschicht (1) aus einem Polyesterfolien-, Polyethylenterephtalatfolien-, Poly­ imidfolien- oder Hochtemperaturfolienmaterial mit einer Dicke zwischen etwa 20 µm und 300 µm besteht.
4. Prepregmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Glasvliesschicht (2) ein Flächengewicht zwischen etwa 20 g/m2 und 250 g/m2 aufweist.
5. Prepregmaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz ein Poly­ esterimid-, Epoxid- oder Polyimidharz ist.
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