DE2444458A1 - Wicklung fuer elektrische rotierende maschinen und verfahren zur herstellung - Google Patents
Wicklung fuer elektrische rotierende maschinen und verfahren zur herstellungInfo
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Description
Patentanwälte 24444
Dlpl.-tng. R. DETZ «»η
Dlpl-tnp. K. [.A^r»^ECHT
Or.-iny. (·.. ui .SVZ Jr.
23, 8t«iiudarfftr. It
81-23.2O1P(23.2O2H) 17- 9- 197^4
HITACHI , LTD., Tokio (Japan)
Wicklung für elektrische rotierende Naschinen und Verfahren zur Herstellung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Isoliersystem für Wicklungen für elektrische rotierende Maschinen und ein
Verfahren zur Herstellung derartiger isolierter Wicklungen für elektrische rotierende Maschinen. Insbesondere betrifft
die Erfindung isolierte Wicklungen für elektrische rotierende Maschinen mit einer Wärmebeständigkeit (thermal resistance)
der Klasse H oder mehr bzw. einer darüberliegenden Klasse, die durch Imprägnieren und Härten mit einem
neuen hitzehärtbaren Harz erhalten werden, und ein Verfahren zur Herstellung derartiger isolierter Wicklungen für elektrische
rotierende Maschinen.
Die Verbesserung der Wärmebeständigkeit von Wicklungsisolationen ist ein entscheidender Faktor für die Erhöhung der
Kapazität elektrischer rotierender Maschinen und für die Ver-
81-(A464-03)-Bo-Hö
509817/0710
kleinerunp und die Gewichtsverminderung derartiger Maschinen. Bisher sind Bänder oder Flachmaterialien aus Polyimid,
Polyamidimid, aromatischem Polyamid oder entsprechenden Harzen als Isoliermaterial mit einer Wärmebeständigkeit
der Klasse H (loO.°C) für Wicklungen für derartige elektrische
rotierende Maschinen verwendet worden. Einerseits ist ein Polyimidharzlack bzw. ein Polyamidimidharzlack als Isolierlack
der Klasse H bekannt; es ist jedoch schwer zu erreichen, daß sie als lösungsmittelfreie Lacke bzw. Lacke mit
einem geringen Lösungsmittelgehalt (solventless) vorliegen,
da sie Kondensationslackharze darstellen. Daher sind sie für Wicklungen elektrischer rotierender Maschinen nicht geeignet,
bei denen die Bildung von Hohlräumen unerwünscht ist.
Als Lack mit einem geringen Gehalt an Lösungsmittel wurde
ein Epoxyharzlack weitgehend verwendet, jedoch besitzt das Epoxyharz eine Wärmebeständigkeit der Klasse P (155 C).
Beim Erhitzen bei einer Temperatur von l8o 0C oder darüber
tritt daher eine Trennung (delamination) infolge der Wärmezersetzung
zwischen den isolierenden Schichten der Wicklung und insbesondere zwischen dem Leiter und der isolierenden
Schicht ein. Dadurch wird die Wärmeleitung herabgesetzt und die Temperatur der Wicklung weiter erhöht. Ferner wird die
Koronaauslösespannung (corona starting voltage) herabgesetzt und ein dielektrischer Durchschlag bzw. Überschlag (dielectric
breakdown) verursacht.
Vor allem ist die mechanische Vibration in elektrischen rotierenden
Maschinen groß. Daher kann sich die isolierende Schicht leicht vom Leiter ablösen, wenn das Haftvermögen des Lacks,
der die isolierende Schicht bildet, gering ista Da die Maschinen
nicht mit einem ^l wie Transformatoren imprägniert sind, \-jira eine Korona hervorgerufen und tritt ein dielektrischer
Durchschlag bzw, Überschlag ein.
509817/0710
Ferner ist ein Silikonharzlack als weiterer Lack mit ausgezeichneter
Wärmebeständigkeit bekannt, er ist jedoch hinsichtlich
seines Haftvermögens unterlegen und für derartige elektrische rotierende Maschinen nicht geeignet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Isoliersystem für Wicklungen von elektrischen rotierenden Maschinen mit
einer Wärmebeständigkeit der Klasse H oder darüber vorzusehen,
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine isolierte Wicklung
für elektrische rotierende Maschinen mit ausgezeichnetem Haftvermögen zwischen dem Leiter und der isolierenden
Schicht vorzusehen.
Vielter ist es Aufgabe der Erfindung, eine isolierte Wicklung für elektrische rotierende Maschinen mit Beständigkeit
gegen Wärmebeanspruchungen vorzusehen.
Die Aufgabe und die Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung näher hervor.
Figur 1 zeigt die Veränderung der Durchschlage- bzw. überschlagsspannung
einer Muster-Stabspule nach einem Beanspruchungstest.
Figur 2 zeigt eine Draufsicht auf eine Feldspule für einen Gleichstrommotor.
Figur 3 zeigt das Schema eines Wärmezyklus beim Wärmezyklustest der Klasse H.
Figur k ist eine einfache Abbildung einer Ankerspule für
einen Gleichstrommotor.
Figur 5 zei o-t die Beziehung zwischen dem dielektrischen Verlusttangens
und der Temperatur in der isolierenden Schicht der Musterspule.
509817/071Q
-Zj-
Gemäß der vorliegenden Erfindung können isolierte Wicklungen
für elektrische rotierende Maschinen dadurch hergestellt werden, daß man ein isolierendes Flachmaterial (sheetform material) aus Polyimid, Polyamidimid oder aromatischem
Polyamid um Wicklungsleiter für elektrische rotierende Maschinen in der erforderlichen Anzahl von Wicklungen bzw.
Lagen entsprechend der erforderlichen Ausbildung der Isolierung wickelt, mit einem Lack mit einem geringen Lösungsmittelgehalt
mit einer Zusammensetzung aus einer Epoxyverbindung, einer Isocyanatverbindung und einem Katalysator imprägniert,
wobei der Lack zur Bildung von Isocyanuratringen und Oxazolidonringen umgesetzt werden kann und ein hitzehärtbares Harz
mit einer ausgezeichneten Wärmebeständigkeit liefert, und
danach den Lack härtet.
Die Zusammensetzung, die Herstellung und die Figenschaften des vorstehend ervrähnten hitzehärtbaren Harzes v/erden in der
DT-Patentanmeldung P 23 59 3β6.-4 näher beschrieben.
Der Ausdruck "elektrische rotierende Naschine", der im vorliegenden
Zusammenhang verwendet wird, bezeichnet Generatoren und Motoren mit einer zulässigen Temperatur von l80 C oder
darüber. Als isolierendes Band oder Flachmaterial für Wicklungsleiter für derartige elektrisch^ rotierende Maschinen
sind z.B. Polyimid (Produkt mit dem Warenzeichen KAPTON der E. I. du Pont de Nemours & Co., U.^A), aromatisches Polyamid
(Produkt mit dem Warenzeichen NOMT.'X der E. T. du Pont
de Nemours & Co., USA) und Polyamidimid (Produkt mit dem Viarenzeichen PAIFRON der Hitachi Chemical Co., Ltd., Japan)
brauchbar . Jedoch können andere isolierende Materialien der Klasse H, wie Glasgewebeband oder Glimmorband, erforderlichenfalls
verwendet werden.
Der vorstehend erwähnte imprägniererde Lack, der gemäß der
vorliegenden Erfindung verwendet wird, liefert beim Härten ein hitzehärtbares Harz, das als wiederkehrende Einheit min-
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destens zwei Isocyanuratringe, die unmittelbar miteinander über einen Isocyanatrest verbunden sird , und zwei Oxazolidonringe
enthält, die unmittelbar miteinander über einen Epoxyrest verbunden sind, wobei die wiederkehrende Einheit durch
die Formel (I)
wiedergegeben wird, in der R einen Isocyanatrest, R1 einen
Epoxyrest, ρ eine ganze Zahl mit einem Wert von mindestens 2 und m und r ganze Zahlen mit einem Wert von mindestens 1
darstellen.
Die Wicklungen, die mit dem genannten hitzehärtbaren Harz isoliert sind, sind als Wicklungsisolation für elektrische
rotierende Maschinen den Wicklungen überlegen, die mit einem bekannten Epoxyharz isoliert sind, da das hitzehärtbare
Harz ein gutes Haftvermögen in bezug auf einen Leiter, wie Kupfer oder Aluminium, zeigt.
Um eine VJarmebeständigkeit der Klasse H oder darüber und ein
starkes Haftvermögen der vorstehend angeführten Wicklungsisolation zu erzielen, werden 2 bis 3,5 Äauivalente. eineri poly-
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funktioneilen Isocyanatverbindung mit einem Äquivalent einer
polyfunktionellen Epoxyverbindung gemischt, ein Katalysator zugegeben, der Isocyanuratringe und Oxazolidonrinpre bildet,
und danach die Wicklung mit einem isolierenden Flachmaterial mit der Mischung.isoliert, die gehärtet wird. Tm allgemeinen
wird das Härten dadurch ausgeführt, daß man bei einer Temperatur von 130 °C oder darunter und vorzugsweise bei etwa
80 C 5 bis 15 h lang erhitzt und danach bei einer Temperatur
von 150 0C oder darüber 5 bis 15 h lang erhitzt. Bei'einer
Temperatur von I30 0C oder darunter werden Isocyanuratringe
hauptsächlich durch Trimerisation des Isocyanats gebildet. Durch Erhitzen der Isocyanatverbindung mit den Isocyanuratringen
und der Epoxyverbindung bei einer Temperatur von 150 0C oder darüber werden Oxazolidonringe gebildet und findet
eine Vernetzung und eine Härtung statt. Wenn ein derartiger isolierender Lack, der ein hitzehärtbares Harz beim
Erhitzen liefert, verwendet wird, werden das isolierende Bandmaterial bzw. Flachmaterial und der Wicklungsleiter fest
bzw. dicht miteinander verbunden, so daß keine Auftrennung selbst bei hohen Temperaturen eintritt. Um eine Isolierung
mit einer Wärmebeständigkeit der Klasse H oder darüber zu erzielen, werden vorzugsweise 2 bis 3,5 Äquivalente eines
Isocyanats mit einem Äquivalent eines Epoxids gemischt, wie bereits vorstehend besehrieben wurde.
Als polyfunktioneile Epoxide gemäß der Erfindung können bifunktionelle
Epoxide, wie Diglycidyläther des Bisphenols A, Butadiendiepoxid, 3,i|-Epoxycyclohexylmethyl-(3,1J-epoxy)-cyclohexancarboxylat,
Vinylcyclohexendioxid, 4,1I'-Di-(I,2-epoxyäthy1)-diphenyläther,
1J, 4'-Di-(1,2-epoxyäthy1)-bipheny1,
2,2-Bis-(3,i<-epoxycyclohexyl)~pi>opan, Ddglycidylather des
ResorcinSj Diglycidyläther des Phloroglucins, Diglycidyläther
des Methylphloroglueins«, Bis<"(2,3-epoxycyclopentyl)-äther,
2-(3,1I-EpOXy )-cyclohe5ian-5,5-spiro-(3 9 *t-eDOxy)-cy clohexanm-dioxan,
Bis-(3,i*-epoxy-6-!nethylcyclohexyl)adipat und
N,N'-m-Phenylenbis-(4,5-epoxy-1,2-cyclohexandicarboxyimid),
und tri- oder mehrfunktioneile Epoxyverbindungen, wie Tri-
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glycidyläther von Paraminophenol, Polyallylglycidyläther, 1,3,5-Tri-(1,2-epoxyäthy1)-benzol, 2,2',H,4 »-Tetraglycidoxybenzophenon,
T'etraglycidoxytetraphenyläthan, Polyglycidyläther von Phenol/Formaldehyd-Novolak, Triglycidyläther
von Glycerin und Triglycidylather von Trimethylolpropan,
verwendet werden. Hinsichtlich der anderen Epoxyverbindungen enthält das Buch "Epoxy Resins" (American Chemical Society,
1970) von Henry Lee und das Buch "Handbook of Epoxy Resin" (McGraw Hill Book Co., 1967) von Henry Lee and K. Neville
Beschreibungen der Harze.
Von den vorstehend angeführten polyfunktionellen Epoxiden besitzen Diglycidyläther von Bisphenol A und Polyglycidylether
von Phenol/Formaldehyd-Novolak eine besonders gute Reaktivität. Pie stellen daher brauchbare Verbindungen dar.
Ferner können auch die Halogenide dieser Verbindungen verwendet werden.
Ferner können als polyfunktionelle Isocyanate bifunktionelle Isocyanate, wie Methandiisocyanat, Butan-l,l-diisocyanat,
ilthan-l,2-diisöcyanat, Butan-l,2-diisocyanat, Transvinylendiisocyanat,
Propan-3,3-diisocyanat, Eutan-l,^-diisocyanat,
c-Buten-ljJJ-diisocyanat, 2-Methylbutan-l,24-diisocyanat,
Pentan-1,5-diisocyanat, 2,2-Dimethylpentan-l,5-diisocyanat,
Hexan-l,6-diisocyanat, Heptan-l,7-diisocyanat, Octan-1,8-diisocyanat,
Nonane1,9-diisocyanat, Decan-1,10-diisocyanat,
Dimethylsilandiisocyanat, Diphenylsilandiisocyanat, omega,
omega!-l,3~Diinethylbenzoldiisocyanat, orrega, omega'-l,1!-
Dimethylbenzoldiisocyanat, omega,omega'-l,3~Dimethylcyclohexandiisocyanat,
omega,omega'-1,1I-DimethyIcyclohexandiisocyanat,
omepra,omega'-l,^-Dimethylbenzoldiisocyanat, ome^a,
omega'-1,^-Dimethylnaphthalindiisocyanat, omega,omega'-1,5-Dimethylnanhthalindiisocyanat,
Cyclohexan-1,3-diisocyanat,
Cyclohexan-1,il-diisocyanat, Dicyclohexylmethan-1!,U '-diisocyanat
, *',3-Phenylendiisocyanat, l^-Phenylendiisocyanat,
l-Methylbenzol-Pjil-diisocyanat, 1 -Methylbenzol- 2,5-diisocyanat,
l-Methylbenzol^jo-diisocyanat, l-Methylbenzol-3,5-
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diisocyanat, Diphenyläther-4,4 '-diisocyanat, Diphenyläther-2,4'-diisocyanat,
Biphenyl-4,4'-diisocyanat, 3,3 '-Dimethylbiphenyl-4,4
'-diisocyanat, 2,3 '-Dimethoxybiphenyl-4, 4 '-diisocyanat,
Diphenylmethan-4,4'-diisocyanat, 3,3'-Dimethoxydiphenylmethan-4,4
'-diisocyanat, 4,4'-Dimethoxydiphenylmethan-3,3'-diisocyanat,
Diphenylsulfid-4,4'-diisocyanat und Diphenylsulfon-4,4'-diisocyanat,
und trifunktionelle oder mehrfunktionelle Isocyanate, wie Polymethylenpolyphenylisocyanat,
Triphenylmethantriisocyanat, Tris-(4-phenylisocyanatthiophosphat)
und 3,3',4,4'-Diphenylmethantetraisocyanat, verwendet
werden. Ferner können auch Verbindungen, die durch Maskieren von Isocyanresten der vorstehend angeführten Isocyanate
mit z.B. Phenol oder Kresol erhalten werden, verwendet werden. Die Dimeren und Trimeren dieser Isocyanate sind
gleichfalls brauchbar. Von diesen Isocyanaten sind 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat
und 2,4-Toluoldiisocyanat vorzuziehen und brauchbar. Die vorstehend angeführten Epoxide
und Isocyanate werden jeweils allein oder in Kombination verwendet.
Der Katalysator spielt eine bedeutende Rolle zur Erzielung der Zusammensetzungen gemäß der Erfindung. Wichtig ist ein
Katalysator, der Isocyanuratbindungen und Oxazolidonbindungen beim Härten bildet. Zu derartigen vorstehend angesprochenen
Katalysatoren gehören z.B. Morpholinderivate, wie H-Dodecylmorpholin, Butylendimorpholin, Hexamethylendimorpholin,
Cyanoäthylmorpholin, Triazinoäthylmorpholin, N-Methylmorpholin.und
N-Äthylmorpholin. Ferner stellen Imidazole
Katalysatoren dar, wie 2-Methylimidazol, 2-Äthylimidazol,
2-Undecylimidazol, 2-Heptadecylimidazol, 2-Methyl-4-äthylimidazol,
1-Putylimidazol, l-Propyl-2-methylimidazol, 1-Benzyl-2-methylimidazol,
l-Cyanoäthyl-2-methylimidazol,
l-Cyanoäthyl-2-undecylimidazol, 1-Cyanoäthyl-2-phenylimidazol,
2,4-Diamino-6-(2»-methylimidazolyl-1')-Sthyl-s-triazin,
2,4-Diamino-6-(2'-äthylimidazolyl-1')-äthyl-s-triazin und
2,4-Diamino-6-(2'-undecylimidazolyl-l')-äthyl-s-triazin.
Von den vorstehend angeführten Katalysatoren sind Imidazol-
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derivate besonders wirksam.
Es wird mindestens einer der vorstehend angeführten Heterocyclen
bildenden Katalysatoren im Bereich von 0,01 bis 10 Gew.-%y vorzugsweise 0,1 bis 2 Gew.-%, auf Basis des Gemischs
des nolyfunktionellen Epoxids und des polyfunktionellen Isocyanate verwendet.
Als Methode zum Imprägnieren einer Wicklung, die mit einem Band oder mit Plachmaterial mit einem Gemisch der Harzzusammensetzung
aus polyfunktioneller Epoxyverbindung und polyfunktioneller Isocyanatverbindung und dem Katalysator isoliert
ist, wird eine Methode bevorzugt, bei der zuvor nur mit dem Katalysator unter Verwendung eines Lösungsmittels
und danach mit der Harzkomponente imprägniert wird, da die Methode keinen Einfluß auf die Toofzeit des Harzlacks hat
und keine Gelierung durch Erhitzung zu befürchten ist, wenn das Harz bei Raumtemperatur -fest, bei der Imprägnierungstemperatur
,jedoch verflüssigt ist.
Die vorstehend angeführte Methode zum Imprägnieren von Wicklungen wird unter reduziertem Druck durchgeführt. In diesem
Fall beträgt die Viskosität des Tmprägnierlacks vorzugsweise 7 Poise oder weniger und insbesondere 2 Poise oder weniger
bei der Imprägnierungstemperatur. Venn die Viskosität 7 Poise überschreitet, ist zu befürchten, daß eine ausreichende
Imprägnierung nicht durchgeführt werden kann.
Die Erfindung betrifft also ein Isoliersystem für Wicklungen von elektrischen rotierenden Maschinen mit einer Wärmebeständigkeit
der Klasse H oder darüber und ausgezeichnetem Haftvermögen zwischen dem Leiter und der isolierenden Schicht
und ausgezeichneter Beständigkeit gepcen thermische Beanspruchungen,
wobei dieses Isoliersystem dadurch hergestellt werden kann, daß man einen Wicklungsleiter bzw. eine Wicklungsader
mit einem isolierenden· Band oder einem isolierenden Flachmaterial
mit einer Wärmebeständigkeit der Klasse H oder darüber·,
509817/0710
2444^68
wie Polyimid, Polyamidimid oder aromatisches Polyamid, imprägniert,
den auf diese Weise behandelten Vicklunpsleiter mit einem Lack mi-t einem geringen Lösungsmittelp-ehalt mit einem
Äquivalent einer Epoxyverbindung, die mindestens zwei benachbarte Epoxygruppen enthält, 2 bis 3,5 Äquivalenten einer
polyfünktionellen Isocyanatverbindung und 0,01 bis 10 Gew.-% eines Katalysators, der Isocyanuratrinpre und Oxazolidonringe
bildet, auf Basis der Gesamtmenge der Epoxy- und der·Isocyanatverbindung
imprägniert und danach den imprägnierten Wicklungsleiter zur Bildung und Aushärtung eines Harzes, das als wiederkehrende
Einheit mindestens zwei Isocyanuratringe, die unmittelbar miteinander über einen Isocyanatrest verbunden sind,
und zwei Oxazolidonringe enthält, die unmittelbar miteinander über einen Epoxyrest verbunden sind, in der Isolierschicht
erhitzt.
Die folgenden Beispiele erläutern die vorliegende Erfindung.
Es wurde ein Eand einer Stärke von 0,075 mm eines aromatischen Polyamids (MOMEX) um einen stabffirmigen Leiter mit einem Querschnitt
von 7,4 x 14,^ mm und einer Länge von 550 mm, der
durch übereinanderlegen von sechs flachen Kupferdrähten erhalten wurde, viermal mit halber Überlappung zur Isolierung
des sbabförmigen Leiters gewickelt. Ferner wurde ein Glasgewebeband
mit einer Stärke von 0,18 mm einmal mit halber Überlappung zur Herstellung einer Musterwicklung herumgewickelt.
Die Musterwicklung wurde in eine 1 %±ge Lösung von 2-Kthyl-4-methylimidazol,
bei dem es sich um einen Katalysator zur Bildung von Isocyanuratringe?? und Oxasolidonringen handelt,
in Methanol zum Imprägnieren mit der Lösung eingetaucht, an
Luft bei Raumtemperatur und bei 1JO 0C und einem Druck von
0,1 mm Hg 5 Stunden lang getrocknet. Danach wurde eine Harzkomponente aus einem Äquivalent eines Diepoxids (Produkt
509817/0710
DER-332,-Bisnhenol-A-epoxyharz, der Dow Chemical Corp., USA,
F.poxyäquivalent 173) und 2 Äquivalenten eines Diisocyanats (MDI, 4,Jj'-Diphenylmethandiisocyanat) unter reduziertem Druck
eingeführt. Die Imprägnierung wurde bei 1JO C und einem Druck
2 von 3 mm Hp durchgeführt. Ferner wurde ein Druck von 5 kg/cm
5 Stunden lang zur Beseitigung von Hohlräumen angelegt. Die
vorstehend angeführte mit Lack imprägnierte Musterwicklung wurde mit einem Polytetrafluoräthylenband umwickelt und danach
bei 70 0C 15 Stunden lang und bei l80 0C 15 Stunden lang
gehärtet, so daß der Imprägnierlack nicht ausfließen konnte.
Die Veränderung der Durchschlagsspannung (BDV) der Musterwicklung nach dem thermischen Altern ist in Fig. 1 wiedergegeben.
Zum Vergleich ist auch die Veränderung der Durchschlagsspannung
einer Musterwicklung dargestellt, die durch Imprägnieren mit einem bekannten cycloaliphatischen Epoxyharz/Säureanhydriä-Härtungssystem-Harzlack
erhalten wurde.
Aus Figur 1 geht klar hervor, daß die Musterwicklung gemäß der vorliegenden Erfindung (1) eine geringere Abnahme der
BDV und eine höhere Wärmebeständigkeit als die Musterwicklung nach dem bekannten Verfahren (2) zeigt.
Es wurde S-Äthyl-lJ-methylimidazol als Katalysator, der Isocyanuratringe
und Oxazolidonringe bildet, unmittelbar zum Harzlack zugegeben und die isolierende Schicht der Wicklung
wurde mit dem Harzlack imprägniert. "Es wurde ein Ergebnis entsprechend der Kurve 1 der Figur 1 erhalten, jedoch begann
der restliche Harzlack im Imprägniertank nach etwa ^ Stunden
zu gelieren; er wurde für eine weitere Imprägnierung der Wicklung unbrauchbar.
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Es wurde eine Musterspule mit einer ähnlichen Ausbildung wie
die Feldspule für einen Gleichstrommotor der Fig. 2 hergestellt. Als Isolierung der Mustersoule wurde ein Band aus
einem aromatischen Polyamid (NOMEX) mit einer Stärke von 0,075 mm viermal mit halber Überlappung herumgewickelt.
Ferner wurde ein Glasgewebeband mit einer Stärke von 0,18 mm einmal mit halber Überlappung herumgewickelt. Die Größe der
Spule mit der Isolierschicht betrug 105 mm χ 300 mm χ 60 mm
und der Querschnitt des Lackes betrug 36 mm χ 58 mm.
Mit dieser Musterspule wurden vier isolierte Musterspulen gemäß der vorliegenden Erfindung und vier isolierte Musterspulen
mit einem bekannten cycloalinhatischen Epoxyharz/ Säureanhydrid-Härtungssystem-Harzlack in der gleichen Weise
wie in Beispiel 1 hergestellt. Der Wärmezyklustest wurde durch Erhitzen mit elektrischem Strom ausgeführt; es wurde
die Beständigkeit gegen Auftrennen des Leiters und der isolierenden
Schicht dieser isolierten Musterspulen verglichen.
Wie in Figur 3 dargestellt ist, wurde der Wärmezyklustest der Klasse H folgendermaßen durchgeführt:
Ein Zyklus (30 Minuten, 205 °C —> 85 0C —->
30 Minuten 205 °c) wurde dreimal wiederholt; danach wurde bei -20 0C
vier Stunden lang abgekühlt.
Ein derartiger Zyklus wurde 21 mal wiederholt.
Die Erhitzungstemperatur wurde auf 215 0C erhöht; es wurden
neun Zyklen in der gleichen Weise durchgeführt, wie vorstehend beschrieben wurde.
Ferner wurde die Erhitzungstemperatur auf 225 °C erhöht; es wurden neun Zyklen in. der gleichen Weise durchgeführt, wie
vorstehend beschrieben wurde.
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Auf diese V/eise wurden insgesamt 39 Wärmezyklen durchgeführt.
Die Auftrennunr zwischen dem Leiter und der isolierenden
Schicht wurde durch Schlagen der Oberfläche der isolierenden Schicht mit einem kleinen Hammer und Abhören des Klanges
beurteilt. Diese Methode erlaubte eine leichte und genaue Beurteilung, ohne daß besondere Kenntnisse erforderlich waren.
Als Ergebnis des vorstehend angeführten Tests zeigte sich, daß im Fall der isolierten Musterspulen gemäß dem bekannten
Stand der Technik bei zwei Spulen eine Auftrennung im wesentlichen über die gesamte Oberfläche und bei den anderen beiden
Spulen eine Auftrennung auf etwa 50 % der gesamten Oberfläche
beim 15. Zyklus auftrat. Demgegenüber trat bei den isolierten Musterspulen gemäß der Erfindung nur bei einer Spule eine
Auftrennung auf 15 % der gesamten Oberfläche beim 30. Zyklus
auf; bei den anderen drei Spulen trat keine Auftrennung selbst nach 39 Zyklen auf. Die erfindungsgemäße Isolierung
fiel also befriedigend aus.
Es wurde ein bekannter Epoxyharzlack auf eine Ankerspule für einen Gleichstrommotor aufgetragen, die in Figur Ί dargestellt
ist. Wenn die Schlitzlänge etwa 600 mm oder darüber betrug, war es nicht möglich, die Spule und einen Eisenkern
einer umfassenden bzw. gemeinsamen Imprägnierung zu unterwerfen, da die Spulenisolierschicht infolge der Spannung
zerbrach, die durch den Unterschied der Wärmeausdehnung durch die Wärmezyklen zwischen der Spulenisolierschicht und dem
Eisenkern auftrat.
Wenn demgegenüber ein Lack gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet wurde, war eine gemeinsame Imprägnierung selbst dann möglich, wenn die Schiitzlänge 800 bis 900 mm betrug.
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Es wurden Musterstabspulen mit einer LSnge von etwa 1000 mm
hergestellt und in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 isoliert. Die isolierte Musterstabspule wurde in einen
Schlitz einer "Breite von 10mm, einer Tiefe von 36 mm und einer Länge von 850 mm eingesetzt und danach mit dem Harzlack
von Beispiel 1 zur Herstellung eines Ankermusters imprägniert. Die Imprägnier- und Härtungsbedingungen waren die
gleichen wie in Beispiel 1 mit der Ausnahme, daß der Katalysator unmittelbar zur Harzkomr>onente in einer Menge von 1
Gew.-% zugegeben wurde.
Bei dem Ankermuster wurden 500 Wärmezyklen (60 0C —>
I80 0C) und ein Erhitzen bei 220 0C 10 Tage lang durchgeführt; danach
wurden wieder 500 Wörmezyklen (60 0C —^ I80 0C) durchgeführt;
es wurde die BDV gemessen. Als Frgebnis zeigte das Ankermuster gemäß der vorliegenden Erfindung nur eine leichte
Herabsetzung der EDV, so daß es voll befriedigte. Demgegenüber trat bei dem Ankermuster ein Kurzschluß ein, das mit dem
bekannten cycloaliphatischen Epoxyharz/Säureanhydrid-Härtungssystem-Lack
hergestellt worden war.
Wie vorstehend näher beschrieben wurde, besitzt die isolierte Wicklung für elektrische rotierende Maschinen gemäß der
vorliegenden Erfindung .eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit und ein ausgezeichnetes Haftvermögen, die bisher nicht
erzielt wurden! die Wicklung kann als isolierte Wicklung mit- einer VJärmebestänäigkeit der Klasse H oder darüber verwendet
werdeo.
W.ie bereifes besehrieben wurdes ist die Topfzeit des imprägnie-3?e?ideri
Lacks gemäß der vorliegenden Erfindung kurz s wenn ein
Katalysator zugegeben.wird, äer Isocyanuratringe und Oxazolid.onringe
biiaefco Datier ist ss erwünscht9 das herumzuwickelnde
Band oder Plaetiraafcerlal sirvos^ alt diesen Katalysator allein
zu imppägnierea«, Die Imprägnierung ιτίτά dadurch durchgeführt,
'daß roan die erforderliche Menge des Katalysators in einem Lösungsmittel löst. In diesem Fall kann ein Teil des Epoxy-
$09817/0710
harzes als Rindemittel verwendet werden. Als Lösungsmittel
können beispielsweise Aceton, Toluol, Benzol, Alkohole, Methyläthy!keton und Dimethylformamid verwendet werden. Es
ist erwünscht, daß die Menge des verwendeten Katalysators 0,1 bis 2 Gew.-/? auf Easis des Gewichts des Imprägnierharzes,
die Menge des verwendeten Bindemittels 10 bis 400 Gew.-% auf
Basis des Katalysatorgewichts und die Menge des verwendeten Lösungsmittels das 10- bis 100-fache des Gewichts der gelösten
Stoffe beträgt.
Dieses Beispiel erläutert eine Isolierung für elektrische
Niederspannunpsmaschinen, die hauptsächlich aus einem Polyamidfilm
besteht.
Es wurden ein Glasgewebeband und ein Band aus nichtgewebtem
Stoff aus aromatischem Polyamid (NOMEX) um einen Leiter mehrmals in vorgegebener Weise gewickelt. Danach wurden
15 g 2-Phenylimidazol als Katalysator für das Harz und 35 g
Növolak-Epoxyharz mit einem Schmelzpunkt von etwa 70 0C als
Bindemittel mit' 1 1 Aceton zur Herstellung einer Lösung gemischt. Die Wicklung wurde in diese Katalysatorbehandlungslösung
30 Minuten lang eingetaucht. Nach dem Eintauchen wurde die behandelte Wicklung bei Raumtemperatur unter reduziertem
Druck getrocknet, mit einem Lack imprägniert, der durch Mischen von einem Äauivalent einer Bisphenol-A-Epoxyverbindung
mit 2,5 Äquivalenten 4,4'-Diphenylmethandiisocyanat erhalten
worden war, und danach durch Erhitzen gehärtet. Auf diese Weise wurde eine isolierte Wicklung mit einer sehr hohen
WSrmebeständigkeit erhalten.
Als Beispiel ist die Beziehung zwischen dem dielektrischen Verlusttangens (tan delta) und der Temperatur, was die
Wärmebeständigkeit der Isolierung wiedergibt, in Figur 5 dargestellt. Aus Figur 5 geht klar hervor, daß die Wicklung,
die mit dem Lack gemäß der vorliegenden Erfindung iso-
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liert ist (Kurve II), der Wicklung, die mit einem bekannten
Epoxyharz isoliert ist (Kurve I), bezüglich der WSrmebeständigkeit
überlegen ist.
Es wurde eine kleine Menge Fuchsin zur Katalysatorbehandlungs·
lösung zugegeben, die in der gleichen V/eise wie in Beispiel 1 hergestellt wurde. Die V/icklung, die in der gleichen Weise
wie in Beispiel 4 hergestellt worden war, wurde in die Mischung 30 Minuten lang eingetaucht. Mach dem Trocknen wurden der
Zustand und die Menge des Katalysators, der an dem Band klebte, untersucht. Als Ergebnis wurde festgestellt, daß der
Farbstoff in gleicher Weise am untersten Band, das mit dem Leiter in Berührung stand, und an der Oberfläche der Isolierung,
d.h. am obersten Band klebte. Auch wenn die Menge des Katalysators, der an jeder Schicht haftete, aus dem Gewicht
ermittelt wurde, wurde bestätigt, daß die Menge des anhaftenden Katalysators entsprechend dem Material des Bandes variierte,
jedoch beim gleichen Material fast gleich war. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle wiedergegeben.
Isolierschicht
1. Schicht
2. Schicht
3· Schicht
4. Schicht
5. Schicht
6. Schicht
Material
Menge des anhaftenden Katalysators (g/m')
Glasgewebe | Stoff | 6, | 2 |
nicht gewebter aus Polyamid H |
5, 5 |
1 ,0 |
|
Il | 5, | 1 | |
Glasgewebe
5,3
6,1
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Auf diese Weise wurde festgestellt, daß gemäß der vorliegenden
Erfindung der Katalysator in ,jede Schicht der Isolierung vollständig eindrang und an jeder Schicht gleichmäßig
haftete.
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Claims (1)
- 24444S8Patentansprüche1. J Wicklung für elektrische rotierende Maschinen, ~xs6liert mit einem isolierenden Flachmaterial mit einer Wärmebeständigkeit, die mindestens der Klasse H entspricht, und mit einem Harz der Formelworin R einen Isocyanatrest, R' einen Fpoxyrest, ρ eine ganze Zahl mit einem Wert von mindestens 2 und m und r ganze Zahlen mit einem Wert von mindestens 1 bedeuten, mit einer wiederkehrenden Einheit mit mindestens zwei Isocyanuratringen, die unmittelbar miteinander durch einen Isocyanatrest verbunden sind,und zwei Oxazolidonringen, die unmittelbar miteinander durch einen Epoxyrest verbunden sind.'2. Wicklung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das isolierende Flachmaterial mit einer Wärmebeständigkeit, die mindestens äew Klasse H entspricht, aus Polyimid, Polyamidimid oder einem aromatischen Polyamid besteht.509817/07103. Verfahren zur Herstellung einer isolierten Wicklung für elektrische rotierende Maschinen, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Wicklungsleiter mit einem isolierenden Iflachmaterial mit einer Wärmebeständigkeit, die mindestens der Klasse H entspricht, isoliert, den auf diese Weise behandelten WicklungsleiterI. mit einem Lack aus (a) einem Äquivalent einer Epoxyverbindung mit mindestens zwei benachbarten Epoxygruppen,(b) 2 bis 3»5 Äquivalenten einer polyfunktionellen Isocyanatverbindung und (c) 0,01 bis 10 Gew.-% eines Katalysators, der Isocyanuratringe und Oxazolidonringe bildet, auf Basis der Gesamtmenge der Epoxy- und der Isocyanatverbindung.oderII. mit einer Lösung von 0,01 bis 10 Gew.-% eines Katalysators., der Isocyanuratringe und Oxazolidonringe bildet, auf Basis der Gesamtmenge der im folgenden angegebenen Epoxyverbindung und Isocyanatverbindung in einem Lösungsmittel, ferner mit einem Lack aus (a) einem Äquivalent einer Epoxyverbindung mit mindestens zwei benachbarten Epoxygruppen und (b) 2 bis 3>5 Äquivalenten einer polyfunktionellen Isocyanatverbindung imprägniertund danach den imprägnierten Wicklungsleiter zur Bildung und Härtung eines Harzes, das als wiederkehrende Einheit mindestens zwei Isocyanuratringe, die unmittelbar miteinander durch einen Isocyanatrest verbunden sind, und zwei Oxazolidonringe enthält, die unmittelbar miteinander durch einen Epoxyrest verbunden sind, in der isolierenden Schicht erhitzt.4. Verfahren nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß man ein isolierendes Flachmaterial mit einer Wärmebeständigkeit, die mindestens, der Klasse H entspricht, aus Polyimid, Polyamidimid oder einem aromatischen Polyamid verwendet.5· Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man als Katalysator, der Isocyanuratringe und Oxazolidonringe bildet, ein Imidazolderivat verwendet.509817/0710
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