DE2338857C3 - Schichtpreßstoff zur elektrischen Isolierung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schichtpreßstoff nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bekannt (DE-Gbm 18 27 448), für die Rotornutenisolation großer rotierender elektrischer Maschinen Preßformteile aus geschichtetem glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) zu verwenden, insbesondere Profile wie Streifen, L- und U-Profile aus Hartglasgewebe. Bei dem bekannten Schichtpreßstoff befindet sich zwischen Außenschichten aus Glasgewebe eine dicke Vliesschicht aus anorganischen Fasern wie Asbestpapier. Ein Schichtpreßstoff für ähnliche Zwecke mit Kunstharz, Glasgewebe und anorganische Fasern enthaltenden Schichten ist auch aus der US-PS 24 17 746 bekannt. Schwierigkeiten ergeben sich bei diesen bekannten Schichtpreßstoff-Isolationen einerseits durch eine schlechte interlaminare Haftung, die sich unter anderem in einem geringen Spaltwiderstand auswirkt, und andererseits durch eine u.a. bei ungünstigen Belastungswinkeln sehr hohe Anfälligkeit zur Rißbildung bei Druck-, Biege- oder Zugbeanspruchung, wobei es sich außer Anrissen hauptsächlich um Spannungsrisse wie Matrixrisse und Risse entlang den Grenzschichten Harz/Glas handelt, die durch örtliche mechanische Überbeanspruchung entstehen.

Mechanische Beanspruchungen, die zur Bildung von Rissen führen können, sind beim Transport und vor allem beim Einbau der steifen Schichtpreßstoffisolation unvermeidbar. Außerdem wird die Nutenisolation während des Betriebes der Maschine mechanisch stark beansprucht, was auf die unterschiedliche Wärmeausdehnung von Kupfer, Isolation und Eisen, Fliehkräfte usw. zurückzuführen ist. Trotz sorgfältiger elektrischer Vorprüfung treten bei der eingebauten Isolation aus den oben erwähnten Gründen immer wieder Ausfalle auf. wodurch eine meist mit sehr hohen Kosten verbundene Neiiisolierung notwendig wird. Dabei ist zu beachten, daß beispielsweise im Turbomaschinenbau immer größere Einheiten gebaut werden und diese Entwicklunsstendenz noch weiterhin andauert, wodurch an die Nutenisolation, insbesondere in bezug auf die mechanische Belastung, immer größere Ansprüche gestellt werden.

Um mehr Sicherheit gegen einen elektrischen Durchschlag zu erhalten, wurde versucht. Profile aus

Schichtpreßstoffen unter Verwendung einer thermisch beständigen Isolierstoffolie als Innenlage zwischen Glasgewebeschichten herzustellen. Ein derartiger Schichtpreßstoff zeigt jedoch ähnlich ungünstige Eigenschaften wie nur aus glasfaserverstärkten Kunststoffen bestehende Profile, da die sich im starren Harz/Glas-Verbund bildenden Risse mit großer Wahrscheinlichkeit auch in die Isolierstoffolie übergehen und diese beschädigen.

Ebenfalls ungeeignet für mechanische hochbeanspruchte Isolationen ist ein bekannter, relativ weicher Schichtstoff aus mehreren Polyisobutylenlagen, zwischen denen jeweils abwechselnd eine Isolierschicht aus Schlacken- oder Glaswollepapier, Glimmer, Glasgewebe od. dgl. eingeklebt ist (CH-PS 2 28 523). Die zusätzlichen Isolierschichten sollen eine hohe elektrische und thermische Festigkeit gewährleisten, können aber die mechanischen Eigenschaften der Isolierung nicht nennenswert verbessern. Ferner ist eine geschichtete Hochspannungsisolation bekannt, die aus Isolierfo-

²S lien und zwischengeschalteten porösen Polyestervließschichten besteht (DE-Gbm 18 34 061). Auch hierbei handelt es sich nicht um einen steifen Schichtpreßstoff, sondern um ein in Bandform verwickelbares Material, an dessen mechanische Festigkeitseigenschaften keine besonderen Ansprüche gestellt werden. Die Vliesschichten sollen lediglich eine Tränkung oder Imprägnierung der Isolation mit Tränkharz oder öl zur Beseitigung etwaiger Hohlräume ermöglichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen steifen, insbesondere für die Nutenisolation elektrischer Großmaschinen geeigneten Schichtpreßstoff mit guten elektrischen Eigenschaften anzugeben, der wesentlich höhere statische und dynamische mechanische Belastungen ohne Rißbildungen aushält als die bekannten

Schichtpreßstoffe mit faserverstärktem Trägermaterial. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 genannten Merkmale.

Die Erfindung hat gegenüber den bekannten steifen Nutenisolationen insbesondere für Rotoren von Turbomaschinen höchster Leistungen bei gleicher Schichtpreßstoffstärke und bei etwas besserer elektrischer Festigkeit vor allem den Vorteil, daß die Nutenisolation einer etwa doppelt so großen mechanischen Beanspruchung wie Biege-, Druck- und anderen Kräften standhält, bevor es zu einem elektrischen Durchschlag kommt. Bei mechanisch weniger stark beanspruchten Isolationen können andererseits Schichtpreßstoffe geringerer Dicke als bisher verwendet werden.

Dieser Vorteil beruht darauf, daß bei einer mechanischen Beanspruchung der steifen, formhaltenden Schichtpreßstoffe insbesondere beim Einbau in den faserverstärkten Außenschichten (vorzugsweise Hartglasgewebe) entstehende Spannungen in den vom

Bindemittel ungetränkten Bereichen der Wirrfaserstruktur weitgehend kompensiert werden. Dies geschieht durch geringe Faserverschiebungen innerhalb der ungetränkten Wirrfaserstruktur. Dadurch können gegenüber Hartschichtpreßstoffen, wie beispielsweise

Hartglasgewebe, die unmittelbar an beiden Seiten einer Isolierstoffolie angrenzen, wesentlich höhere Schubspannungen aufgefangen und eine Fortsetzung etwas entstandener Risse in die durchschlagfeste, homogene

Isolierstoffolie weitgehend vermieden werden. Die Isolierstoffoiie bleibt somit im weiten Bereich vor einer mechanischen Beschädigung wirkungsvoll geschützt, womit auch die elektrischen Eigenschaften des steifen Schichtpreßstoffes verbessert werden, was sich in einer wesentlich höheren Betriebssicherheit wiederspiegelt.

Die Wirrfaserschutzschichten sollen im Falle von Nutenisolationen eine mechanisch in allen Richtungen gleichmäßig feste Faserstruktur haben; dafür werden vorzugsweise organische oder anorganische Fasergebilde, beispielsweise aus Faserpapier, Faservliesen, Fasermatten u. dgl. verwendet, welche gegenüber orientierten Faserstrukturen wie beispielsweise Geweben voluminöser sind. Die Verbundfestigkeit von Isolierstoffolie und Wirrfaserschutzschichten einerseits und Wirrfaserschutzschichten und faserverstärkten Ai'ßenschichten andererseits soll gegenüber der Eigenfestigkeit des Wirrfasergebildes etwa gleich oder größer sein. Die Wirrfaserschutzschichten können kalandriert und/ oder unkalandriert sein. Durch entsprechende Wahl der faserverstärkten Außenschichten, der Wirrfaserschutzschichten, der Isolierstoffolie und der verwendeten Bindemittel kann bei diesen steifen Schichtpreßstoffen eine den Wärmeklassen entsprechende Materialqualität mit hochwertigen dielektrischen Eigenschaften erzielt werden. Für die faserverstärkten Außenschichten können Glasfasern, Glasfaservliese, Glasmatten, Rovings, vorzugsweise jedoch Glasgewebe, aber auch andersartige hochfeste Fasern, eingesetzt werden. Für die Wirrfaserschutzschichten, beispielsweise für die Nutenisolation, kommen vorzugsweise zähe anorganische oder organische Fasergebilde, wie Asbestfasern, Glasfasern, synthetische Fasern, z. B. ein aromatisches Polyamid zur Anwendung. Es können durchschlagfeste, homogene elektrische Isolierstoffolien, wie hochtemperaturbeständige aromatische Polyheterocyclen, beispielsweise Polyimid- und Polyhydantoin-Isolierstofffolien, aber auch Polyester-, Polycarbonat-, Polysulfon-Isolierstoffolien u. a. verwendet werden.

Für die Verbindung zwischen Isolierstoffolie und Wirrfaserschutzschichten bzw. Wirrfaserschutzschichten und faserverstärkten Außenschichten werden wärmebeständige Bindemittel wie Matrixharze, aber auch andersartige dauerfeste Klebstoffe wie beispielsweise Kaschierkleber oder Klebstoffilme eingesetzt. Als Matrix kommen Phenol-, Polyester-, Epoxid-, Polyimidu. a. Kunstharze in Betracht.

Die Ausführungsmöglichkeiten bei der Herstellung des hier beschriebenen Schichtpreßstoffes können vorteilhaft kombiniert werden. So kann der Aufbau beidseitig der zentral angeordneten Isolierstoffolie symmetrisch durchgeführt werden, bei welchem Lagenzahl und Stärke der Schichten gleichartig sind. Anstelle eines symmetrischen Aufbaues könnte auch ein unsymmetrischer Aufbau einzelner Schichten, beispielsweise an einer Seite der Isolierstoffolie mit unterschiedlicher Lageruahl Verwendung finden. Auch die Stärke des verwendeten Flächengebildes der einzelnen Schichten, beispielsweise der Außenschichten könnte unterschiedlich sein.

Claims (3)

1. Patentansprüche:

   !.Schichtpreßstoff zur Isolierung elektrischer Maschinen und Apparate, insbesondere zur Nutisolation, mit einer durcbschlagfesten, temperaturbeständigen Isolierschicht zwischen Außenschichten aus faserverstärktem, zur Versteifung geschichtetem, mit härtbaren Kunstharzbindemitteln getränktem Trägermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß als innere Isolierschicht eine beidseitig mit Wirrfaserschichten bedeckte Isolierstoffolie vorgesehen ist und die Wirrfaserschichten sowohl mit der Isolierstoffolie als auch mit den faserverstärkten Außenschichten derart verbunden sind, daß in den Wirrfaserschichten eine von Bindemitteln freie, lediglich Wirrfasern aufweisende Kernschicht bestehen bleibt.
2. 2. Schichtpreßstoff nach Anspruch ), dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Wirrfaserschichten ein- oder beidseitig mit Bindemittel behandelt sind.
3. 3. Schichtpreßstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß er als Profil hergestellt ist.