DE2444458B2 - Isolierung von Wicklungen elektrischer Maschinen und Verfahren zu deren Herstellung - Google Patents
Isolierung von Wicklungen elektrischer Maschinen und Verfahren zu deren HerstellungInfo
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Description
N N R-
C C
/ \ / \ ONO
Ii
C-O
-N
ix
H2
C
C
O—C
Il
ο
N-R
worin R einen Isocyanatrest, R' einen Epoxyrest, ρ
eine ganze Zahl mit einem Wert von mindestens 2 und m und r ganze Zahlen mit einem Wert von
mindestens 1 bedeuten.
2. Verfahren zur Herstellung eines Isolierung von Wicklungen elektrischer Maschinen nach Anspruch
1, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Wicklungsleiter mit einem isolierenden Flachmaterial mit
einer Wärmebeständigkeit, die mindestens der Klasse H entspricht, isoliert, den auf diese Weise
behandelten Wicklungsleiter
I. 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 Gewichtsprozent eines Katalysators, der isocyanuratringe und Oxazolidonringe
bildet, auf Basis der Gesamtmenge der Epoxy- und der Isocyanatverbindung, oder
IL mit einer Lösung von 0,01 bis 10 Gewichtsprozent eines Katalysators (Ic) auf Basis der
Gesamtmenge der im folgenden angegebenen Epoxyverbindung und Isocyanatverbindung,
ferner mit einem Lack aus einem Äquivalent einer Epoxyverbindung (Ia) und 2 bis 3,5
Äquivalenten einer polyfunktionellen Isocyanatverbindung (Ib) imprägniert
und danach den imprägnierten Wicklungsleiter erhitzt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Katalysator ein Imidazolderivat
verwendet.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Isolierung von Wicklungen elektrischer Maschinen, welche aus einem
isolierenden Flachmaterial mit einer Wärmebeständigkeit, die mindestens der Klasse H entspricht, und einem
Harz besteht (EMA, 1961, S. 349 bis 352).
Die Vetbesserung der Wärmebe, ständigkeit von
Wicklungsisolationen ist ein entscheidender Faktor für die Erhöhung der spezifischen Leistung und für die
Verkleinerung und die Gewichtsverminderung elektrischer Maschinen. Bisher sind Bänder oder Flachmaterilien
aus Polyimid, Polyamidimid, aromatischem Polyamid oder entsprechenden Harzen als Isoliermaterial
mit einer Wärmebeständigkeit der Klasse H (180° C) für
Wicklungen für derartige elektrische rotierende Maschinen verwendet worden. Einerseits ist ein Polyimidharzlack
bzw. ein Polyamidimidharzlack als Isolierlack der Kiasse H bekannt; es ist jedoch schwer zu erreichen,
daß sie als lösungsmittelfreie Lacke bzw. Lacke mit einem geringen Lösungsmittelgehalt vorliegen, da sie
Kondensationslackharze darstellen. Daher sind sie für Wicklungen elektrischer 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 F (1550C). Bei einer Temperatur von 180° C
oder darüber tritt daher infolge Wärmezersetzung eine Trennung der Schichten der Wicklungsisolierung und
insbesondere zwischen dem Leiter und der ersten isolierenden Schicht ein. Dadurch wird die Wärmeleitung
herabgesetzt und die Temperatur der Wicklung weiter erhöht. Ferner wird die Glimmspannung
herabgesetzt und ein dielektrischer Durchschlag verursacht
Vor altem ist die mechanische Beanspruchung in
Vor altem ist die mechanische Beanspruchung in
elektrischen Maschinen groß. Daher kann sich die isolierende Schicht leicht vom Leiter ablösen, wenn das
Haftvermögen des Lacks, der die erste isolierende Schicht bildet, gering ist Da die Maschinen nicht — wie
Transformatoren — mit einem öl imprägniert sind, tritt eine Glimmentladung auf, die zum dielektrischen
Durchschlag führen kann.
Ferner ist aus EMA 1961 (S. 349 bis 352) ein Silikonharzlack mit ausgezeichneter Wärmebeständig-
keit bekannt, der als Isolierungsstoff im Elektromaschinenbau
verwendet werden kann. Er ist jedoch hinsichtlich seines Haftvermögens unterlegen und für
elektrische Maschinen daher nur begrenzt geeignet.
Aus der GB-PS 10 00 503 ist es bekar.nt, Lackdrähte mit guter Wärmebeständigkeit dadurch herzustellen,
daß man mindestens eine Schicht Polyvinylacetal auf einen Leiter aufbringt und danach auf den Poly viny Iac etal-Überzug
mindestens eine Schicht Polyester aufbringt. Dadurch sollen Nachteile von Polyvinylacetal-Überzügen
einerseits und Polyester-Überzügen andererseits vermieden werden. Wenn auch beispielsweise
in einer Ausführungsform ein Polyisocyanat mit einem Isocyanuratring zum Modifizieren von Polyvinylacetal
10 verwendet wird, so ergibt daraus keineswegs eine
Absicht, das Polyisocyanat mit einer Epoxyverbindung umzusetzen. Diese bekannte Lehre ist auch nicht auf die
Isolierung von Wicklungen elektrischer Maschinen gerichtet, die als Ganzes mit einem isolierenden
Flachmaterial und mit einem Harz isoliert sind.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Isolierung für Wicklungen elektrischer Maschinen mit
einer Wärmebeständigkeit der Klasse H oder darüber anzugeben, welche sich durch ein ausgezeichnetes
Haftvermögen am Leiter besonders bewährt.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Isolierung erfindungsgemäß durch ein Harz der Formel
gelöst, worin R einen Isocyanatrest, R' einen Epoxyrest, ρ eine ganze Zahl mit einem Wert von mindestens 2 und
m und r ganze Zahlen mit einem Wert von mindestens 1
bedeuten.
Erfindungsgemäß kann eine Isolierung von Wicklungen elektrischer Maschinen hergestellt werden, indem
man einen Wicklungsleiter mit einem isolierenden Flachmaterial mit einer Wärmebeständigkeit, die
mindestens der Klasse H entspricht, isoliert, den auf diese Weise behandelten Wicklungsleiter
I. 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 Gewichtsprozent eines Katalysators, der Isocyanuratringe und Oxazolidonringe bildet, auf
Basis der Gesamtmenge der Epoxy- und der Isocyanatverbindung, oder
II. mit einer Lösung von 0,01 bis 10 Gewichtsprozent eines Katalysators (Ic), auf Basis der Gesamtmenge
der im folgenden angegebenen Epoxyverbindung und Isocyanatverbindung, ferner mit einem Lack
aus einem Äquivalent einer Epoxyverbindung (Ja) und 2 bis 3,5 Äquivalenten einer polyfunktionellen
Isocyanatverbindung (Ib) imprägniert
und danach den imprägnierten Wicklungsleiter erhitzt.
Das Verfahren nach II. wird bevorzugt, da dieses Verfahren keinen Einfluß auf die Topfzeit des
Harzlackes hat und keine Gelierung durch Erhitzung zu befürchten ist, wenn das Harz bei Raumtemperatur fest,
bei der Imprägnienjngstemperatur jedoch verflüssigt
ist.
Das vorstehend angeführte Verfahren wird zweckmäßig unter reduziertem Druck durchgeführt. In diesem
Fall beträgt die Viskosität des Imprägnierlacks vorzugsweise 7 Poise oder weniger und insbesondere 2 Poise
oder weniger bei der Imprägnierungstemperatur. Wenn
40
45
50
55
60
65 die Viskosität 7 Poise überschreitet, ist zu befürchten,
daß eine ausreichende Imprägnierung nicht stattfindet.
Im allgemeinen wird das Härten dadurch ausgeführt, daß man bei einer Temperatur von 130° C oder darunter
und vorzugsweise bei etwa 8O0C 5 bis 15 h lang erhitzt
und danach bei einer Temperatur von 15O0C oder
darüber 5 bis 15h lang erhitzt. Bei einer Temperatur von 13O0C oder darunter werden Isocyanuratringe hauptsächlich
durch Trimerisation des Isocyanats gebildet. Durch Erhitzen der Isocyanatverbindung mit den
Isocyanuratringen und der Epoxyverbindung bei einer Temperatur von 1500C oder darüber werden Oxazolidonringe
gebildet und findet eine Vernetzung oder eine Härtung statt.
Mit der Erfindung wird ein ausgezeichnetes Haftvermögen zwischen dem Leiter wie Kupfer oder
Aluminium und der isolierenden Schicht und eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen thermische Beanspruchungen
erzielt.
Als isolierendes Band oder Flachmaterial für Wicklungsleiter für derartige elektrische rotierende Maschinen
sind z. B. Polyimid, aromatisches Polyamid und Polyamidimid brauchbar. Jedoch können andere isolierende
Materialien der Klasse H, wie Glasgewebeband oder Glimmerband, erforderlichenfalls verwendet werden.
Als polyfunktionelle Epoxide gemäß der Erfindung können bifunktionelle Epoxide, wie
Diglycidyläther des Bisphenols A,
Butadiendiepoxid,
3,4-Epoxycyclohexylmethyl-(3,4-epoxy)-
cyclohexancarboxylat,
Vinylcyclohexendioxid,
4,4'-Di-(1,2-epoxyäthyl)-diphenyläther,
4,4'-Di-(l,2-epoxyäthyl)-biphenyl,
2,2-Bis-(3,4-epoxycyclohexyl)-propan,
Diglycidyläther des Resorcins.
Vinylcyclohexendioxid,
4,4'-Di-(1,2-epoxyäthyl)-diphenyläther,
4,4'-Di-(l,2-epoxyäthyl)-biphenyl,
2,2-Bis-(3,4-epoxycyclohexyl)-propan,
Diglycidyläther des Resorcins.
Diglycidyläther des Phloroglucin, Diglycidyläther des Methylphloroglucins,
Bis-(2,3-epoxycyclopentyl)-äther, 2-(3,4-Epoxy)-cyclohexan-5,5-spiro-(3,4-epoxy)-cyclohexan-m-dioxan,
Bis-(3,4-epoxy-6-methylcyclohexyl)adipat und N.N'-m-Phenylenbis-^.S-epoxy-l^-cyclohexandicarboxyimid)und
tri- oder mehrfunktionelle Epoxyverbindungen, wie Triglycidyläther von Paraminophenol,
Polyallylglycidyläther,
1,3,5-Tri-( 1,2-epoxyäthyl)-benzol, 2,2',4,4'-Tetraglycidoxybenzophenon, Tetraglycidoxytetraphenyläthan, Polyglycidyläther von
Phenol/Formaldehyd-Novolak, Triglycidyläther von
Glycerin und
Triglycidyläther von Trimethylolpropan,
1,3,5-Tri-( 1,2-epoxyäthyl)-benzol, 2,2',4,4'-Tetraglycidoxybenzophenon, Tetraglycidoxytetraphenyläthan, Polyglycidyläther von
Phenol/Formaldehyd-Novolak, Triglycidyläther von
Glycerin und
Triglycidyläther 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 und K. N e ν i 11 e, Beschreibungen der Harze.
Von den vorstehend angeführten polyfunktionellen Epoxiden besitzen Diglycidyläther von Bisphenol A und
Polyglycidyläther von Phenol/Formaldehyd-Novolak eine besonders gute Reaktivität. Sie stellen daher
brauchbare Verbindungen dar. Ferner können auch die Halogenide dieser Verbindungen verwendet werden.
Ferner können als polyfunktionelle Isocyanate bifunktionelle Isocyanate, wie
Methandiisocyanat, Butan-1,1 -diisocyanat,
Äthan-1,2-diisocyanat, Butan-1,2-diisocyanat, Transvinylendiisocyanat, Propan-1,3-diisocyanat,
Butan-1,4-diisocyanat, 2-Buten-1,4-diisocyanat, 2-Methylbutan-l,4-diisocyanat,
Pentan-1,5-diisocyanat,
2,2-Dimethylpentan-l,5-diisocyanat, Hexan-1,6-diisocyanat, Heptan-l,7-diisocyanat,
Octan-1,8-diisocyanat, Nonan-1,9-diisocyanat, Decan-1,10-diisocyanat, Dimethylsilandiisocyanat,
Diphenylsilandiisocyanat,
omega.omega'-1,3-Dimethylbenzoldiisocyanat,
omega.omega'-1,4- Dimethylbenzoldiisocyanat,
omega.omega'-l.S-Dimethylcyclohexandiisocya-
nat,
omega.omega'-1,4- Dimethylcyclohexandiisocyanat,
omega.omega'-1,4- Dimethylcyclohexandiisocyanat,
omega.omega'-1,4-Dimethylbenzoldiisocyanat,
omega.omega'-M-Dimethylnaphthalindiisocyanat,
omega.omega'-1,5- Dimethylnaphthalindiisocyanat,
Cyclohexan-1,3-diisocyanat,
Cyclohexan-1,4-diisocyanat,
Dicyclohexylmethan^/l'-diisocyanat, 1,3-Phenylendiisocyanat, 1,4-Phenylendiisocyanat, 1-Methylbenzol-2,4-diisocyanat, 1-Methylbenzol^.S-diisocyanat, I -Methylbenzol^.ö-diisocyanat, 1 -Methylbenzol-S.S-diisocyanal, Diphcnyläthcr-4,4'-diisocyanat, Diphenyläther-2,4'-diisocyanat, Biphcnyl-4,4'-diisocyanat,
3,3'-Dimethylbiphcnyl-4,4'-diisocyanat, 2,3'-Dinicthoxybipheiiyl-4,4'-diisocyanat,
Cyclohexan-1,4-diisocyanat,
Dicyclohexylmethan^/l'-diisocyanat, 1,3-Phenylendiisocyanat, 1,4-Phenylendiisocyanat, 1-Methylbenzol-2,4-diisocyanat, 1-Methylbenzol^.S-diisocyanat, I -Methylbenzol^.ö-diisocyanat, 1 -Methylbenzol-S.S-diisocyanal, Diphcnyläthcr-4,4'-diisocyanat, Diphenyläther-2,4'-diisocyanat, Biphcnyl-4,4'-diisocyanat,
3,3'-Dimethylbiphcnyl-4,4'-diisocyanat, 2,3'-Dinicthoxybipheiiyl-4,4'-diisocyanat,
Diphenylmethan^'-diisocyanat,
S.S'-Dimethoxydiphenylmethan^^'-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
S^'^^'-Diphenylmethantetraisocyanat,
verwendet werden.
Ferner können auch Verbindungen, die durch Maskieren von Isocyanresten der vorstehend angeführten
Isocyanate mit z. B. Phenol oder Kxesol 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 können jeweils auch in Kombination verwendet werden.
Der Katalysator spielt eine bedeutende Rolle zur Erzielung der Zusammensetzungen gemäß der Erfindung.
Wichtig ist ein Katalysator, der Isocyanuratbindungen und Oxalzolidonbindungen beim Härten bildet
Zu derartigen vorstehend angesprochenen Katalysatoren gehören z. B. Morpholinderivate, wie
N-Dodecylmorpholin, Butylendimorpholin,
Hexamethylendimorpholin.Cyanoäthylmorpholin,
Triazinoäthylmorpholin, N-Methylmorpholin und N-Äthylmorpholin.
Ferner stellen Imidazole Katalysatoren dar, wie
2-Methylimidazol, 2-ÄthyIimidazol.
2-Methylimidazol, 2-ÄthyIimidazol.
2-Undecylimidazol, 2-Heptadecylimidazol,
2-Methyl-4-äthylimidazol, 1 -Butylimidazol,
l-Propyl-2-methylimidazol,
1 -Benzyl-2-methylimidazol,
1 -Cyanoäthyl-2-methylimidazol,
2-Methyl-4-äthylimidazol, 1 -Butylimidazol,
l-Propyl-2-methylimidazol,
1 -Benzyl-2-methylimidazol,
1 -Cyanoäthyl-2-methylimidazol,
1-Cyanoäthyl-2-undecylimidazol,
1 -Cyanoäthyl-2-phenylimidazol,
2,4-Diamino-6-(2'-methylimidazolyl-1 ')-äthyl-
1 -Cyanoäthyl-2-phenylimidazol,
2,4-Diamino-6-(2'-methylimidazolyl-1 ')-äthyl-
s-triazin,
2,4-Diamino-6-(2'-äthylirnidazolyl-r)-äthyl-
2,4-Diamino-6-(2'-äthylirnidazolyl-r)-äthyl-
s-triazin und
2,4-Diamino-6-(2'-undecylimidazolyl-1 ')-äthyls-triazin.
Von den vorstehend angeführten Katalysatoren sin< lmidazolderivate besonders wirksam.
Es wird mindestens einer der vorstehend angeführte! Heterocyclen bildenden Katalysatoren im Bereich voi
0,01 bis 10 Gewichtsprozent, vorzugsweise 0,1 bis : Gewichtsprozent, auf Basis des Gemisches des poly
funktioneilen Epoxids und des polyfunktionellen Isocya nats verwendet.
Im folgenden werden einige Ausführungsbcispiele de Erfindung anhand der Figuren beschrieben.
F i g. 1 zeigt die Veränderung der Durchschlags- bzw Überschlagsspannung einer Muster-Stabspule nacl einem Beanspruchungstest;
F i g. 1 zeigt die Veränderung der Durchschlags- bzw Überschlagsspannung einer Muster-Stabspule nacl einem Beanspruchungstest;
F i g. 2 zeigt eine Draufsicht auf eine Feldspule fü
einen Gleichstrommotor;
b5 Fig. 3 zeigt das Schema eines Wärmezyklus beir
Wärmezyklustest der Klasse H;
Fig.4 ist eine einfache Abbildung einer Ankerspul
für einen Gleichstrommotor;
Fig. 5 zeigt die Beziehung zwischen dem dielektrischen
Verlusttangens und der Temperatur in der isolierenden Schicht der Musterspule.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung.
Es wurde ein Band einer Stärke von 0,075 mm eines aromatischen Polyamids um einen stabförmigen Leiter
mit einem Querschnitt von 7,4 χ 14,4 mm und einer Länge von 550 mm, der durch Übereinanderlegen von
sechs flachen Kupferdrähten erha'.en wurde, viermal mil halber Überlappung zur Isolierung des stabförmigen
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 l%ige Lösung von 2-Äthyl-4-methylimidazol, bei dem es sich um einen
Katalysator zur Bildung von Isocyanuratringen und Oxazolidonringen handelt, in Methanol zum Imprägnieren
mit der Lösung eingetaucht, an Luft bei Raumtemperatur und bei 40°C und einem Druck von 0,1 mm Hg
5 Stunden lang getrocknet. Danach wurde eine Harzkomponente aus einem Äquivalent eines Diepoxids
(Bisphenol-A-epoxyharz, Epoxyäquivalent 178) und 2 Äquivalenten eines Diisocyanats (Methandiisocyanat,
4,4'-Diphenylmethandiisocyanat) unter reduziertem Druck eingeführt. Es wurden 0,01 bis 10 Gewichtsprozent
Katalysator auf Basis des Diepoxids und des Diisocyanats eingesetzt. Die Imprägnierung wurde bei
40°C und einem Druck von 3 mm Hg durchgeführt. Ferner wurde ein Druck von 5 kg/cm2 5 Stunden lang
zur Beseitigung von Hohlräumen angelegt. Die vorstehend angeführte mit Lack imprägnierte Musterwicklung
wurde mit einem Polytetrafluoräthylenband umwickelt und danach bei 7O0C 15 Stunden lang bei
1800C 15 Stunden lang gehärtet, so daß der Imprägnierlack
nicht ausfließen konnte.
Die Veränderung der Durchschlagsspannung der Musterwicklung nach dem thermischen Altern ist in
F i g. 1 wiedergegeben.
Zum Vergleich ist auch die Veränderung der Durchschlagsspannung einer Musterwicklung dargestellt,
die durch Imprägnieren mit einem bekannten cycloaliphatischen Epoxyharz/Säureanhydrid-Härtungssystem-Harzlack
erhalten wurde.
Aus F i g. 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 2-Äthyl-4-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 I der F i g. 1 erhalten, jedoch begann der restliche
Harzlack im Imprägniertank nach etwa 4 Stunden zu gelieren; er wurde für eine weitere Imprägnierung der
Wicklung unbrauchbar.
Es wurde eine Musterspule mit einer ähnlichen Ausbildung wie die Feldspule für einen Gleichstrommotor
der F i g. 2 hergestellt. Als Isolierung der Musterspule wurde ein Band aus einem aromatischen Polyamid 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
Leiters betrug 36 mm χ 58 mm.
Mit dieser Musterspule wurden vier isolierte Musterspulen gemäß der vorliegenden Erfindung und vier
isolierte Musterspulen mit einem bekannten cycloaliphatischen 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 F i g. 3 dargestellt ist, wurde der Wärmezyklustest der Klasse H folgendermaßen durchgeführt:
Ein Zyklus (30 Minuten, 205°C, Abkühlung auf 85°C,
30 Minuten, 2050C) wurde dreimal wiederholt; danach wurde bei -20° C 4 Stunden lang abgekühlt.
Dieser Zyklus wurde 21 mal wiederholt.
Die Erhitzungstemperatur wurde danach auf 215°C erhöht; es wurden neun Zyklen in der gleichen Weise durchgeführt, wie vorstehend beschrieben wurde.
Dieser Zyklus wurde 21 mal wiederholt.
Die Erhitzungstemperatur wurde danach auf 215°C erhöht; es wurden neun Zyklen in der gleichen Weise durchgeführt, wie vorstehend beschrieben wurde.
Schließlich wurde die Erhitzungstemperatur auf 225°C erhöht; es wurden neun Zyklen in der gleichen
Weise durchgeführt, wie vorstehend beschrieben wurde.
Auf diese Weise wurden insgesamt 39 Wärmezyklen
durchgeführt.
Die Auftrennung 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.
B e i s ρ i e I 3
Es wurde ein bekannter Epoxyharzlack auf eine Ankerspule für einen Gleichstrommotor aufgetragen,
die in F i g. 4 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 Schlitzlänge 800 bis 900 mm betrug.
ti5 Es wurden Musterstabspulen mit einer Länge 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 10 mm, 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 I mit der Ausnahme, daß der Katalysator unmittelbar zur Harzkomponente in einer
Menge von 1 Gewichtsprozent zugegeben wurde.
Bei dem Ankermuster wurden 500 Wärmezyklen (Wechsel zwischen 600C und 180°C) und ein Erhitzen
bei 2200C 10 Tage lang durchgeführt; danach wurden
wieder 500 Wärmezyklen (Wechsel zwischen 600C und 1800C) durchgeführt; es wurde die Durchschlagsspannung
gemessen. Als Ergebnis zeigte das Ankermuster gemäß der vorliegenden Erfindung nur eine leichte
Herabsetzung der Durchschlagsspannung, so daß es voll ι r>
befriedigte. Demgegenüber trat bei dem Ankermuster ein Kurzschluß ein, das mit dem bekannten cycloaliphatischen
Epoxyharz/Säureanhydrid-Härtungssystcm-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 Wärmebeständigkeit
der Klasse H oder darüber verwendet werden.
Wie bereits beschrieben wurde, ist die Topfzeit des imprägnierenden Lacks gemäß der vorliegenden Erfindung
kurz, wenn ein Katalysator zugegeben wird, der Isocyanuratringe und Oxazolidonringe bildet. Daher ist jo
es erwünscht, das herumzuwickelnde Band oder Flachmaterial zuvor mit diesem Katalysator allein zu
imprägnieren. Die Imprägnierung wird dadurch durchgeführt, daß man die erforderliche Menge des
Katalysators in einem Lösungsmittel löst. In diesem Fall kann ein Teil des Epoxyharzes als Bindemittel
verwendet werden. Als Lösungsmittel können beispielsweise Aceton, Toluol, Benzol, Alkohole, Methyläthylketon
und Dimethylformamid verwendet werden. Es ist erwünscht, daß die Menge des verwendeten Katalysators
0,1 bis 2 Gewichtsprozent auf Basis des Gewichts des Imprägnierharzes, die Menge des Verwendeten
Bindemittels 10 bis 400 Gewichtsprozent auf Basis des Katalysatorgewichts und die Menge des verwendeten
Lösungsmittels das 10- bis lOOfache des Gewichts der
gelösten Stoffe beträgt.
Dieses Beispiel erläutert eine Isolierung für elektrische
Niederspannungsmaschinen, die hauptsächlich aus einem Polyamidfilm besteht.
Es wurden ein Glasgewebeband und ein Band aus nichtgewebtem Stoff aus aromatischem Polyamid
mehrmals um einen Leiter gewickelt. Danach wurden 15 g 2-Phenylimidazol als Katalysator für das Harz und
35 g Novolak-Epoxyharz mit einem Schmelzpunkt von etwa 700C als Bindemittel mit 1 I Aceton zur
Herstellung einer Lösung gemischt. Die Wicklung wurde in diese Katalysalorbehandlungslösung 30
Minuten lang eingetaucht. Nach dem Eintauchen wurde w> die behandelte Wicklung bei Raumtemperatur unter
reduziertem Druck getrocknet, mit einem Lack imprägniert, der durch Mischen von einem Äquivalent
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 Wärmebeständigkeit erhalten.
Als Beispiel ist die Beziehung zwischen dem dielektrischen Verlustfaktor (tg delta) und der Temperatur,
was die Wärmebeständigkeit der Isolierung wiedergibt, in Fig.5 dargestellt. Aus Fig.5 geht klar
hervor, daß die Wicklung, die mit dem Lack gemäß der vorliegenden Erfindung isoliert ist (Kurve II), der
Wicklung, die mit einem bekannten Epoxyharz isoliert ist (Kurve I), bezüglich der Wärmebeständigkeit
überlegen ist.
Es wurde eine kleine Menge Fuchsin zur Katalysatorbehandlungslösung
zugegeben, die in der gleichen Weise wie in Beispiel 4 hergestellt wurde. Die Wicklung,
die in der gleichen Weise wie in Beispiel 4 hergestellt worden war, wurde in die Mischung 30 Minuten lang
eingetaucht. Nach 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 | Material | Menge des |
anhaltenden | ||
Katalysators | ||
(g/nr) | ||
1. Schicht | Glasgewebe | 6,2 |
2. Schicht | nicht gewebter Stoff | 5,1 |
aus Polyamid | ||
3. Schicht | nicht gewebter Stoff | 5,0 |
aus Polyamid | ||
4. Schicht | nicht gewebter Stoff | 5,1 |
aus Polyamid | ||
5. Schicht | nicht gewebter Stoff | 5,3 |
aus Polyamid | ||
6. Schicht | Glasgewebe | 6,1 |
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.
Hierzu 3 BkUl Zeichnungen
Claims (1)
1. Isolierung von Wicklungen elektrischer Maschinen,
welche aus einem isolierenden Flachmaterial mit einer Wärmebeständigkeit, die mindestens der
Klasse H entspricht, und einem Harz besteht, gekennzeichnet durch ein Harz der Formel
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---|---|---|---|
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