DE2030999C2

DE2030999C2 - Bindemittel zur elektrischen Isolation

Info

Publication number: DE2030999C2
Application number: DE2030999A
Authority: DE
Inventors: Serge Bois Colombes Marcdargent; Henri Vayson de Paris Pradenne
Original assignee: Alsthom Atlantique SA
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 1969-06-24
Filing date: 1970-06-23
Publication date: 1982-08-26
Also published as: RO67509A; BE752167A; DE2030999A1; HU164790B; FR2050777A5; NL7009317A; CA939095A; CH519767A; NL165479B; GB1314546A; ES380689A1; NL165479C; SE365892B; SU473362A3

Description

a) Epoxidharz des Bisphenols A mit einem Epoxidäquivalent zwischen 174 und 195,

b) Epoxidharz eines Novolaks mit einem Epoxidäquivalent zwischen 172 und 182,

c) Phenolnovolakhärter, hergestellt mit einem organischen Säurekatalysator, einer Verkettung von theoretisch 5 bis 8 Kettengliedern entsprechend, abdekantiert und gewaschen im Stadium des Methylolphenols,

d) Härter aus Resorcin-Formaldehyd-Kondensat, erhalten durch Reaktion von 2 Mol Resorcin und 1 Mol Formaldehyd mit einem organischen Säurekatalysator,

wobei der Gehait an Härtern einem Hydroxid/Oxyran-Verhältnis von 0,5 bis 1,3 entspricht

2. Bindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Härtern einem Hydroxid/Oxyran-Verhältnis von etwa 0,9 entspricht

3. Bindemittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die organischen Säurekatalysatoren der Formaldehyd-Kondensate gleichzeitig die Katalysatoren der Polymerisationsreaktion zwischen den Epoxidharzen und den Härtern sind und im Bindemittel mit Gehalten von 0,1 bis 6 Gewichtsprozent der Härter je nach gewünschter Reaktionsfähigkeit enthalten sind.

Die Erfindung betrifft Bindemittel zur elektrischen Isolation auf der Basis eines Epoxid/Härter-Gemisches. Sie bezieht sich insbesondere auf eine Klasse von Harzbindemitteln für elektrische Isolationszwecke sowie auf isolierende Substanzen auf der Basis dieser Bindemittel für isolierte Wicklungen elektrischer Maschinen, insbesondere rotierender Maschinen.

Aus der US-PS 30 35 001 ist u. a. ein Harz bekannt, das aus dem Gemisch zweier Epoxi-Verbindungen und zweier Härter besteht Ein solches Harz ist jedoch nicht als Bindemittel für isolierte Wicklungen rotierender Maschinen geeignet

Beispielsweise besteht in einer rotierenden elektrischen Maschine großer Leistung ein Wicklungsstrang aus Umspinnungen, welche rings um die Einzelleiter des Stranges mit Harzen imprägniert sind, und aus mit Harz imprägnierten Trennmitteln zwischen den Leitern, sowie aus Kompensatoren, welche eine regelmäßige Form des gleichmäßig mit Harz imprägnierten Stranges und der Kleblacke in der Weise sicherstellen, daß man durch Gießen des Stranges und Einbrennen bzw. Härten der Harzbindemittel dieser diversen isolierenden Elemente, eine kompakte und mechanisch widerstandsfähige Anordnung erzielt. Die Wicklungsstränge selbst sind vom Eisen des magnetischen Kreises (Isolation gegen Masse) durch eine Anordnung glimmerhaltiger Bänder bzw. Streifen isoliert, welche durch ein Harzbindemittel zusammengehalten werden und welche im Vakuum getrocknet und dann gehärtet bzw. eingebrannt werden.

Die bei der Herstellung eines Wicklungsstranges (innere Isolierung) verwendeten Harze müssen eine

erhöhte Reaktionsfähigkeit zeigen, damit die Gießdauer der Stränge herabgesetzt wird, und die Harze müssen eine gute mechanische Warmfestigkeit besitzen, damit Verformungen während der nachfolgenden Behandlung vermieden werden.

ίο Das Harzbindemittel der Isolierungsbänder oder -streifen gegen Masse, wird im allgemeinen in Form eines Lackes aufgebracht d. h. in Form einer Auflösung des Bindemittels in einem Lösungsmittel. Dieser Lack muß die gewünschte Viskosität besitzen, um gut in die

is glimmerhaltigen Streifen einzudringen. Der Lack darf durch Konservierung vor dem Gebrauch nicht härten und er muß eine fortschreitende Kondensierung bieten, um zuerst das Trocknen der mit den Bändern versehenen Stränge unter Vakuum zu erlauben und dann deren Härten während des Einbrennens zu gestatten.

Was die gewünschten Eigenschaften der fertigen Isolation von elektrischen Maschinen betrifft so variieren diese je nach dem Maschinentyp beträchtlich.

Zum Beispiel sind für Turbo-Wechselstromgeneratoren großer Leistung mit Direktkühlung solche mechanischen Eigenschaften gefragt welche den erhöhten elektrodynamischen Anforderungen angepaßt sind, die auf Jie Nutenströme zurückzuführen sind, und man strebt die Erhaltung unveränderter Isolationseigenschaften während der Lebensdauer der Maschine bis zu einem Temperaturgrenzwert von etwa 120° an, welcher der Betriebstemperaturgrenze entspricht.

Demgegenüber haben im Falle hydraulischer Wechselstromgeneratoren oder großer Synchronmotoren, die geringen Abmessungen der Stränge einerseits und die hohen Leistungen und die daraus sich ergebende Erwärmung andererseits, zur Folge, daß das Interesse sich im wesentlichen auf das Aufrechterhalten der mechanischen oder dielektrischen Eigenschaften der Isolation bis zu einer Temperatur von 155° C richtet was der internationalen Klasse F entspricht

Folglich müssen die verschiedenen Bestandteile (innere Isolierung, Isolierung gegen Masse) der Isolation ein und derselben elektrischen Maschine, und andererseits die Isolationen der beiden Typen elektrischer Maschinen, unterschiedliche Eigenschaften haben hinsichtlich der mechanischen Widerstandsfähigkeit des Wärmeverhaltens, der dielektrischen Eigenschaften oder der Kondensationscharakteristika der Bindemittel der Isolationen. Demgemäß muß man gegenwärtig zum Herstellen dieser Bindemittel entweder Harze unterschiedlicher chemischer Klassen verwenden, was Schwierigkeiten bei der Lagerung und die Gefahr der Unverträglichkeit zwischen den Isolationsbindemitteln derselben Maschine mit sich bringt, oder man verwendet ein einziges Harz, welches den jeweiligen besonderen Forderungen nicht ganz gerecht wird. Dieses Problem ist um so schwieriger zu lösen, je größer Leistungen die elektrischen Maschinen besitzen und bei je höheren Spannungen sie arbeiten, was von seiten der isolierenden Substanzen immer bessere dielektrische und mechanische Eigenschaften bei Wärmebeanspruchung erfordert

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Vermeidung dieser Schwierigkeiten ein elektrisch isolierendes Bindemittel auf der Basis eines Epoxid/ Härter-Gemisches mit guten mechanischen und elektri-

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sehen Eigenschaften bis zu hohen Temperaturen zu schaffen, das sich universell einsetzen läßt

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Bindemittel aus dem Gemisch oder Vorkondensat der folgenden vier Bestandteile besteht:

b) Epoxidharz eines Novolaks mit einem Epoxidäquivalent zwischen 175 und 182,

c) Phenolnovolakhärter, hergestellt mit einem organischer Säurekatalysator, einer Verkettung von theoretisch 5 bis 8 Kettengliedern entsprechend, abdekantiert und gewaschen im Stadium des Methylolphenols,

wobei der Gehalt an Härtern einem Hydroxid/Oxyran-Verhältnis von 0,5 bis 13 entspricht

Als besonders vorteilhaft hat sich ein Bindemittel erwiesen bei dem der Gehalt an Härtern einem Hydroxid/Oxyran-Verhältnis von etwa 0,9 entspricht

Ein Bindemittel dieser Art mit besonders vorteilhaften Eigenschaften zeichnet sich dadurch aus, daß die organischen Säurekatalysatoren der Formaldehyd-Kondensate gleichzeitig die Katalysatoren der Polymerisationsreaktion zwischen den Epoxidharzen und den Härtern sind und im Bindemittel mit Gehalten von 0,1 bis 6 Gewichts-% der Härter je nach gewünschter Reaktionsfähigkeit enthalten sind.

Alle diese Bindemittel lassen sich vorzüglich zum Aufbau von Isolierstoffen verwenden, die ihrerseits bestens für die elektrische Isolation von Wicklungen elektrischer Maschinen einsetzbar sind.

Sowohl die Epoxidharze des Bisphenols A als auch die Epoxidharze eines Novolaks mit den obengenannten Epoxidäquivaknten sind handelsübliche Produkte.

Anhand der aus drei Figuren, nämlich zwei Diagrammen und einer Darstellung eines Anwendungsbeispiels enthaltenden Zeichnung soll die Erfindung auf Basis der Gemische näher erläutert werden.

Die F i g. 1 zeigt ein Diagramm, bei welchem auf der Abszisse das Verhältnis χ zwischen dem Epoixdäquivalent »Novolak« und dem gesamten Epoxidäquivalent des Bindemittels, und auf der Ordinate das Verhältnis y zwischen dem Hydroxidäquivalent »Phenol« und dem GesamthydroxHäquivalent des Bindemitteis aufgetragen ist Ein Punkt des Diagramms legt folglich durch seine Abszisse das Verhältnis der zwei verwendeten Epoxidharze und durch seine Ordinate das Verhältnis der zwei verwendeten Novolakhärter fest. Ein Bindemittel aus vier Bestandteilen wird durch einen im Inneren des ausgezogenen Quadrates liegenden Punkt wiedergegeben. An der Grenze, wenn also das Bindemittel nicht aus vier, sondern aus drei Bestandteilen besteht, befindet man sich auf den Seiten des Quadrates. Bei dem Bindemittel der erfindungsgemäßen Zusammensetzung handelt es sich folglich eigentlich um eine ganze Gattung von Bindemitteln..

Der Hauptvorteil der erfindungsgemäßen Gattung von Bindemitteln liegt darin, daß alle diese Bindemittel ausgezeichnete dielektrische Eigenschaften haben und ihre anderen Eigenschaften sich leicht ändern lassen und zwar durch Änderung der Lage des Punktes im Inneren des Diagrammes nach Fig. 1. Man kann folglich diese Bindemittel an die von den Yerschiedenen Isolierstoffen oder Isolierungen geforderten Eigenschaften sowie an die Herstellungs- oder Anwendungsbedingungen anpassen, je nach der von dem Isolierstoff oder der herzustellenden Maschine zu erfüllenden Aufgabe. Auf diese Weise kann den strengen, an die Isolation moderner elektrischer Maschinen gestellten Forderungen Genüge getan werden; dabei kann aber die homogene chemische Natur der Isolationen beibehalten werden und da nur eine sehr begrenzte Anzahl an Ausgangsstoffen benötigt wird, ist die Lagerhaltung erleichtert.

Ein anderer Vorteil dieser Gattung von Bindemitteln liegt darin, daß sie sich für die Isolierungen von Hochspannungsmaschinen gegen Masse eignen, die den Forderungen der internationalen Klasse F oder 155° C entsprechen, wobei die dielektrischen Verluste einem Tangens des Verlustwinkels von weniger als 10% bei 160° C entsprechen.

In dem Diagramm nach F i g. 1 sind als Beispiel die Punkte 3, 4, 5, 6 dargestellt, für die die Verhältnisse χ und y in der nachstehenden Tabelle angegeben sind und deren Tangens des Verlustwinkels, gemessen bei 160° C, ebenfalls in der Tabelle angegeben ist:

Punkte

3 4 5 6

	bei	160	C	0,2:;	0,50	0,50	0,76
y			0,25	0,32	0,50	0,40
tg(5			0,029	0,028	0,025	0,028

Nachfolgend soil erläutert werden, daß durch Änderung der Zusammensetzung eines Bindemittels der erfindungsgemäßen Gattung den verschiedensten Forderungen, die sich aus der Aufgabe, die die zu isolierende elektrische Maschine zu erfüllen hat, ergeben, entsprochen werden kann.

Eine erste Differenzierung ergibt sich aus der Wahl des Verhältnisses zwischen den beiden Arten von Epoxidharzen. Eine Mischung, die reich an Novolakepoxidharz ist, gestattet die Herstellung eines Bindemittels mit besserer Alterungsbeständigkeit bei hohen Temperaturen, dessen Biegsamkeit oder Weichheit bei Umgebungstemperaturen jedoch verringert ist. Die Erweichungstemperatur oder der Tropfpunkt nach dem Einbrennen verringert sich mit dem Anteil an Novolakepoxidharz, was die Verminderung des Restgehaltes an Lösungsmittel in den zur Verwendung bereiten Isoliermitteln gestattet. Außerdem wächst die Temperatur der mechanischen Warmverformung, gemessen durch die Durchbiegung unter Last (Martensscher Grad) mit dem Anteil an Novolakepoxidharz. .

In dieser Hinsicht beträgt die Temperaturdifferenz der Warmverformung zwischen einer Zusammensetzung ausschließlich auf der Basis des Bisphenolepoxidharzes einerseits und einer Zusammensetzung, die nur aus Novolakepoxidharz besteht, andererseits etwa 25° C. Die Harze sind dabei mit derselben Härtermischung, zusammengesetzt im selben Äquivalentverhältnis zwischen der Anzahl der Oxyran-Zyklen der Epoixdharzbestandteile und jenen der Hydroxyle, die im Ncvolakteil vorhanden sind, gehärtet

Eine zweite Differenzierung ergibt sich aus der Wahl der jeweiligen Gehalte jedes der Härter, nämlich Phenolnovolak und Resorcin-Kondensat Eine Vermehrung des letzteren hat eine bemerkenswerte Erhöhung

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der Martensschen Verformungstemperatur zur Folge. Der Unterschied zwischen einer Epoxidharzmischung, die nur mit Phenolnovolak gehärtet ist und derselben Mischung, die mit Resorcin-Kondensat allein gehärtet ist, beträgt etwa 65⁰C, wobei die Härter stets im selben Äquivalentverhältnis zwischen den reagierenden Gruppen der jeweiligen Bestandteile genommen sind.

Derartige Änderungen der Eigenschaften des Bindemittels lassen sich in einem Diagramm mit denselben Ordinaten wie in F i g. 1 veranschaulichen. In F i g. 2 ist ein derartiges Diagramm für die Martenssche Temperatur wiedergegeben. Die Kurvenschar bestimmt die Formeln, die für das Bindemittel denselben Martensschen Grad ergeben.

Eine dritte Möglichkeit zur Differenzierung besteht darin, die Reaktionsgeschwindigkeit des Systems innerhalb weiter Grenzen zu ändern, d. h. die Kondensationsgeschwindigkeit zwischen den Anteilen Epoxidharz und Härter. Dies geschieht durch den Restsäuregehalt in den Härtern und gegebenenfalls durch den Gehalt an dem Lack beigefügter Säure. Je höher der Restsäuregehalt liegt, desto reaktionsfreudiger wird der Härter bei hohen Temperaturen um 140 bis 16O⁰C, wodurch sich ein weit fortgeschrittener Kondensationsgrad in sehr kurzen Zeiten erzielen läßt Jedoch, und dies ist ganz besonders bemerkenswert, wird die Kondensationsgeschwindigkeit bei mittleren Temperaturen davon nicht beeinflußt, was in allen Fällen die Durchführung der Vakuumtrocknung bis 120⁰C ohne vorzeitige Erhöhung des Kondensationsgrades gestattet.

Ein bekanntes und praktisches Herstellungsverfahren für die verwendeten Novolakhärter besteht darin, das Phenol oder das Resorcin mit dem wäßrigen Formaldehyd zu kondensieren, und zwar in Gegenwart von Oxalsäure. Es ist dabei leicht, den Gehalt an Restsäure auf den für die jeweilige Anwendung wünschenswerten Wert durch Durchführung der Dekantierung und Waschen des dekantierten Methylolphenols zu bringen und — für das Resorcin-Kondensat, das nicht ausgewaschen werden kann — durch Verringerung der für seine Bereitung verwendeten Säuremenge, was durch die große Affinität des Resorcins zu Formaldehyd möglich ist, oder auch — und in der praktischen Anwendung bequemer — durch Herstellung dieser Produkte mit einem sehr geringen und geregelten Restsäuregehalt und durch Hinzufügung der Oxalsäure zu dem Lack entsprechend den Erfordernissen. Man kann sogar einen Säuregehalt von praktisch Null durch Neutralisierung der Restsäure durch eine mineralische oder organische Base erhaltea wie dies an sich bekannt ist so Die Wirkung des Säuregehaltes auf das Verhalten der

beiden Härter !St in einpr nnrh folgenden Taheilp wiedergegeben.

Eine andere Eigenschaft der erfindungsgemäßen Bindemittel ist die, daß man sie in Lösung durch Erwärmung vorkondensieren kann, um die Molekülketten zu verlängern und ein Harz zu erhalten, das an seinen besonderen Verwendungszweck angepaßt ist Obwohl also die Bindemittel für weiche, schmiegsame Bänder als solche verwendet werden, bevorzugt man ein vorkondensiertes Bindemittel zur Imprägnierung der Gießwerkstoffe, die folglich bessere Verbmdungs- und Gießeigenschaften haben. In diesem Falle wird ein wenig reagierfreudiges Bindemittel in der flüssigen Phase vorkondensiert und danach durch Hinzufügung des Säurekatalysators seine Reaktionsfreudigkeit bis zu dem gewünschten Grad gesteigert Im Falle von Umspinnungslacken muß ein langkettiges Bindemittel

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40 zur Verfügung stehen, das sich in dem Umspinnofen nicht verflüchtigt und ein gutes Kleb- und Haftvermögen besitzt. Hier wird wiederum ein vorkondensierter Lack verwendet.

Mit den erfindungsgemäßen Bindemitteln lassen sich folgende Isolierstoffe herstellen:

a) Isolierlack, bestehend aus einer Lösung dieser Bindemittel in Lösungsmitteln,

b) vorkondensierter Isolierlack durch Wärmebehandlung der Lösung dieser Bindemittel,

c) Umspinnungen für Leiter, hergestellt mit einer Faser beispielsweise aus Asbest, Glas, einer synthetischen Faser oder Vereinigungen aus diesen Fasern und vorkondensiertem oder nicht vorkondensiertem Lack auf der Basis dieser Bindemittel.

d) Isolierstücke, bestehend aus einem porösen Träger auf der Basis von Glas, Asbest oder beidem, imprägniert mit einem vorkondensierten oder nicht vorkondensierten Lack auf der Basis dieser Bindemittel,

e) Kondensatoren und Kitte, hergestellt aus Füllstoffen aus zerkleinertem Glimmer, aus Papierglimmer, oder aus Asbest imprägniert mit vorkondensierten oder nicht vorkondensierten Lacken auf der Basis dieser Bindemittel,

f) Folien und biegsame Platten, erhalten durch ¹ Imprägnierung eines gemischten Aufbaues auf der Basis von Glimmer in blättriger Form oder Glimmerpapier und einer faserigen Verstärkung, mit Lacken auf der Basis dieser Bindemittel.

Nachstehend werden zur Veranschaulichung Beispiele der Herstellung der beiden verwendeten Härtertypen, nämlich des Phenolnovolakhärters und des Resorcin-Formaldehyd-Kondensates gegeben, obwohl die Herstellung und die Verwendung dieser Produkte als Härter für Epoixdharze an sich bekannt ist

Herstellung des Phenolnovolakhärters

In ein mit einem Rückflußkühler versehenes Reaktionsgefäß gibt man 1920 g Phenol und !736 g 30%iges (gewichtsmäßig) Formaldehyd mit 38,4 g Oxalsäure, gelöst in 288 g Wasser. Die Temepratur wird unter Rühren bis auf 90⁰C erhöht Die Erwärmung wird unterbrochen und man beobachtet die exotherme Kondensation, die man durch Kühlung des Reaktionsgefäßes mäßigen kann. Man erhält nun das Sieden im Rückfluß während 4 Stunden aufrecht Dann läßt man das Produkt sich in der Wärme absetzen und zieht den größten Teil des oben stehenden Wassers ab. Man •destilliert das Restwasser ab und führt die Kondensierung des Novolaks durch Entwässerung unter Vakuum bei 160⁰C durch. Die Destillatausbeute ist nahe der theoretischen Ausbeute. Man erhält durch Gießen und Kühlung eine glasige, bröcklige Masse, deren Tropfpunkt zwischen etwa 115 und 125° C liegt

Herstellung des Resorcin-Formaldehyd-Kondensats

In ein mit einem Rückflußkühler ausgestattetes Reaktionsgefäß gibt man 2200 g technischen Resorcins rad 1000 g 3O°/oigen Formaldehyde mit 4,7 g Oxalsäure, gelöst in 1100g Wasser. Man erhöht die Temperatur ■unter Rühren. Nach Lösung des Resorcins tritt bei 65° C die Kondensation ein. Man unterbricht die Heizung und mäßigt die Reaktion durch Kühlung des Reaktionsgefäßes entsprechend der exothermen Kondensation. Nun erhält man das Sieden im Rückfluß während 1 Stunde

aufrecht. Dann rüstet man das Reaktionsgefäß für die Destillation um und sch'lägt durch Entwässerung unter Vakuum bei 160°C nieder. Wiederum ist die Ausbeute dem theoretischen Wert sehr nahe. Man erhält durch Gießen und Kühlung eine glasige Masse, deren Tropf punkt bei etwa 95°C liegt.

Einfluß des Katalysatorgehaltes

Der Phenolnovolakhärter und der Resorcin-Formaldehyd-Kondensat-Härter reagieren mit den Epoxidharzen mit einer Geschwindigkeit, die eine Funktion des Gehaltes an Katalysatorsäure, hier an Oxalsäure, ist, wie dies die nachfolgende Tabelle zeigt.

Formel des Bindemittels
Bisphenol-A-Epoxidharz:

1 Epoxidäquivalent
Novolakepoxidharz:

1 Epoxidäquivalent
A Phenolnovolak:

0,9 Hydroxyläquivallent
BResorcin-Formaldehyd-Kondensat: 0,9 Hydroxyläquivalent

Isolierband zur Isolierung gegen Masse

2 Glasseide 25 g/m²

1 Glimmerpapier 180 g/m²
Bindemittel: 35%

Gehalt ι	2 h bei	Trock-
an unlöslichen	150⁰C
Produkten nach '	4 h bei
nung	150⁰C
4 h bei
120⁰C

I A abgegossen

B = 1% der Oxalsäure

II A abgegossen

B = 0,2% der Oxalsäure

III A abgegossen

B = 1% der Säure
+ 1% der Oxalsäure
in dem Lack

IV A nicht abgegossen

B = 1% der Oxalsäure

2,2% 78% 99% was in allen Fällen eine rasche Trocknung ■ unter Vakuum in der Hitze gestattet

Als Beispiel wird nachfolgend eine Zusammensetzung für ein Bindemittel von Isolierbändern gegen Masse angegeben, das; wie nachfolgend¹ beschrieben, in einem passenden Lösungsmittel gelöst ist, das die Imprägnierung bzw. Durchtränkung des Trägermaterials gestattet und normalerweise aus einem Gemisch· eines aromatischen Kdhlenwasserstoffs'und eines Alkohols besteht.

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Der Säureprozentsatz gibt die Menge der-verwendeten Säure im Verhältnis zum Gewicht des erhaltenen Novolaks wieder. Aus der Tabelle geht hervor, daß die Beseitigung eine» Teiles des Wassers des Phenolnsvolaks und die Verwendung eines geringen Gehaltes an Oxalsäure zur Herstellung des Resorcin-Formaldehyd-Kondensates den Gehalt an unlöslichen Produkten nach 2 Stunden bei 150⁰C verringern und somit die Anwendung der Technologie der Polymerisation im flüssigen Bad erlauben, was eine Progressivität beim Einbrennen erfordert, während die Verwendung eines hohen Säuregehaltes oder seine Beibehaltung im Novolak oder selbst seine nachträgliche Hinzufügung den Gehalt an unlöslichen Produkten nach 2 Stunden bei 150⁰C erhöht, was günstig für das Einbrennen der gepreßten Isolation und eine kurze Dauer der Unbeweglichkeit der Werkzeuge ist. Man stellt weiter fest, daß die Reaktionsfreudigkeit bei 120⁰C sehr gering ist, unabhängig von der Reaktionsfreudigkeit bei 150⁰C,

Beispiel 1	134 g
Bisphenol-A-Epoxidharz	44g
Novolakepoxidharz	24 g
Phenolnovolak	40,5 g
Resorcin-Formaldehyd-Kondensat	20 g
isopropyiaikohoi	40 g
Toluol

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2,2% 24,5% 83,2% 2,9% 6,1% 86% 1,9% 58,5% 97% Das Phenolnovolak wurde dekantiert und anschließend mit Wasser ausgewaschen, und das Resorcin-Formaldehyd-Kondensat wurde mit 0,2% Oxalsäure hergestellt
Die Reaktionsfreudigkeit dieses Bindemittels ist sehr gering und erreicht nur 6% unlöslicher Produkte nach 2 Stunden bei 150°C. Man erhält dennoch eine vollständige Polymerisation nach 8 Stunden bei 150⁰C. Seine Temperatur der Durchbiegung unter Last (Martens) liegt bei 115⁰C. Die mechanische Biegefestigkeit des reinen gehärteten Harzes beträgt etwa 14,5 kg/m² mit einer Durchbiegung von 6 mm. Seine Stoßfestigkeit ist bei 52 kg cm/cm².

Nachfolgend wird ein Beispiel der Herstellung eines vorkondensierten Lackes gegeben, der für innere Isolationen bestimmt ist

Beispiel 2	178 g
Bisphenol-A-Epoxidharz	178 g
Novolakepoxidharz	65 g
Phenolnovolak	18 g
Resorcin-Formaldehyd-Kondensat	55 g
Isopropyiaikohoi	4,4 g
Oxalsäure

Das Phenolnovolak wurde dekantiert und anschließend mit Wasser ausgewaschen, und das Resorcin-Formaldehyd-Kondensat wurde mit 0,2% Oxalsäure hergestellt

In einem mit einem Rückflußkühler ausgerüsteten Reaktionsgefäß löst man die Epoxidharze und die Härter in Toluol und bringt sie zum Sieden, das man bei 125°C während 8 Stunden aufrechterhält Man kühlt den Lack and fügt 55 g Isopropylalkchol und 4,4 g Oxalsäure hinzu. Der erhaltene Lack ergibt auf einer damit überzogenen und bei 80⁰C getrockneten Platte einen trockenen Überzug. Die Reaktionsfreudigkeit dieses Lackes wird durch einen Gehalt an unlöslichen Produkten von 75% nach 2 Stunden bei 150⁰C gemessen.

Nachfolgend werden drei verschiedene Isolierstoffe und ihre Herstellung unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Bindemittelgemisches oder Vorkondensats beschrieben.

A. Man stellt ein schmiegsames Band zur Isolation gegen Masse durch Übereinanderlegen von Glasseide von 25 g/m², einer Glimmerfolie von 180 g/m² und einer zweiten gleichen Lage Glasseide her. Man tränkt nach einem an sich bekannten Verfahren das Ganze mit

einem gelösten Lack der Zusammensetzung nach Beispiel 1.

Nach Imprägnierung trocknet man das Band soweit als möglich, jedoch nur soweit, daß es schmiegsam bleibt Man erreicht 3 bis 4% flüchtige Bestandteile und kann bis auf 2,5% bei solchen Bändern heruntergehen, die für maschinelle Wicklung bestimmt sind. Der soweit als möglich verringerte Gehalt an flüchtigen Bestandteilen gestattet die Herstellung von aus zahlreichen übereinanderliegenden Schichten des Bandes bestehenden Wickeln bis zu einer Dicke von 6 mm, ohne daß das Aufquellen bei der Trocknung während der Formung Falten in dem Band hervorruft, die für das Verhalten bei hoher Spannung schädlich wären.

B. Ein formbares Trennstück, das zur gegenseitigen Isolierung und mechanischen Sicherung zweier Halbstränge der Wicklung dient, wird durch Tränkung eines gemischten Gewebes aus Asbest-Glasseide von 260 g/m² mittleren Flächengewichtes mit einem vorkondensierten Lack in Lösung nach Beispiel 2 hergestellt. Der getränkte Träger durchläuft nun ein auf 140⁰C erwärmtes Rohr und verweilt dort etwa 5 Minuten. Man erhält so ein trockenes, aber weiches warmverformbares Material, das gut an die gebogene Form der Seitenflächen der geteilten Stränge angepaßt werden kann und durch eine Wärmebehandlung rasch eine große Festigkeit erreicht

C. Man verwendet einen Lack der Zusammensetzung nach Beispiel 2 zur Tränkung und Verklebung der Umspinnung eines Flachkupferdrahtes, der die Einzelleiter bildet Die langen Ketten, aus denen er besteht, bilden im Trocknungsofen rasch einen Überzug hoher Haftfähigkeit, der das Zusammenhalten der Umspinnung gewährleistet und dadurch sicherstellt daß diese die Deformationen mitmachen kann, denen die Einzelleiter abschließend unterzogen werden.

In den beiden folgenden Beispielen ist der Aufbau der Isolation für den Stator einer rotierenden elektrischen Maschine, nämlich für einen wasser- oder wasserstoffgekühlten Turbowechselrichter hoher Spannung einerseits und für einen großen Synchronmotor andererseits beschrieben.

D. In Fig.3 ist ein Roebel-Strang von mehreren Metern Länge dargestellt Er besteht aus mehreren asbestumsponnenen Einzelleitern 7, die in zwei Schichten angeordnet sind, welche gegeneinander durch ein Trennglied 8 aus Asbest und Glasseide gemäß B isoliert sind Die Kreuzungsstellen der Verschränkungen sind mit Hilfe nicht dargestellter dünner Folien aus Mica, verklebt mit dem Lack nach Beispiel 2, isoliert Die Kantenhohlräume der Stränge sind mit Einlagen 9 aus Asbestkarton aufgefüllt, der ebenfalls mit dem Lack nach Beispiel 2 verklebt ist Kitte 10 auf der Basis desselben Harztfs lassen eine regelmäßige Form erzielen. Der in dieser Weise aufgebaute Strang wird verklebt und ausgeformt durch Heißpressen während 45 Minuten bei 360° C

Es schließt sich die Umwicklung mit einem Band 11 etwa gemäß A an, das auf eine Breite von 30 mm geschnitten und halb überlappend gewickelt ist. Man wickelt eine hinreichende Anzahl von Schichten übereinander, um die endgültig gewünschte Dicke zu erreichen, die beispielsweise für eine Nennspannung von 24 kV 5,5 mm beträgt.

Der Strang wird anschließend unter Vakuum bei 120° C während mehrerer Stunden getrocknet.

Nach diesem Vorgang erfolgt die Kalibrierung des Barrens in einer Presse, um ihm die benötigten genauen Abmessungen zu geben. Abschließend wird die Isolierung durch Einlegung des Barrens in ein heißes Bad von 160⁰C bei einem Druck von 7 kg/cm² polymerisiert Man erhält so Wickelstränge, deren Isolation alle angesichts ihrer großen Abmessungen nötigen Festigkeiis- und Elastizitätseigcnschaften hat, wobei die dielektrischen Verluste sehr niedrig sind; bei 155°C ist das Produkt ε mal tg <5 kleiner gleich 0,2.

Diese Art der Isolierung gestattet Leistungen von mehreren zehn MVA und Spannungen von mehr als 25 kV zu erreichen.

E. Eine Isolation der Statorspulen für Syncbronmotore großer Leistung ist in folgender Weise hergestellt Die Einzelleiter sind Flachkupferdrähte, versehen mit einer aus Glasfaser und dem Lack nach Beispiel 2 bestehenden Umspinnung. Zur Verklebung dieser Drähte zur Bildung der Windungen umwickelt man diese mit Glasseide von 50 g/m², überzogen mit dem Lack nach Beispiel 2. Die geraden Teile werden durch Pressen verklebt, wobei die verschiedenen Windungen durch einen nichthaftenden Film getrennt sind. Die Windungen sind mit zwei sich zur Hälfte überlappenden Lagen des Bandes gemäß A isoliert Dann wird die Isolierung gegen Masse durch Umwicklung mit demselben Band aufgebracht wobei eine hinreichende Lagenzahl zur Erzielung einer Dicke von 2,5 mm für eine Nennspannung von 12 kV gewickelt wird. Die Isolation der Spulenköpfe geschieht mit Hilfe eines weichen, nicht polymerisierbaren Bandes aus einem bekannten Werkstoff.

Nach Trocknung im Vakuum unter Hitze unter den bereits beschriebenen Bedingungen werden die Spulen unter Druck in Preßwerkzeugen bei 160° C während drei Stunden eingebrannt Es folgt eine Nachbehandlung bei 160° C im Ofen.

Diese Spulen besitzen alle für den Betrieb in der Klasse F unter hoher Spannung geforderten Eigenschaften, sowohl von der mechanischen Warmfestigkeit

so als auch von den dielektrischen Verlusten her, die durch das Produkt ε mal tg δ bei 155° C gemessen werden und kleiner 0,2 sind.

Nach Alterung bei 165°C während 1000 Stunden bleiben diese Verluste gering. Der Faktor ε tg ö erreicht nach 500 Stunden bei 160° C einen Wert von weniger als 0,5 und bleibt nach dieser Zeit konstant

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Bindemittel zur elektrischen Isolation auf der Basis eines Epoxid/Härter-Gemisches, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Gemisch oder Vorkondensat der folgenden vier Bestandteile besteht: