DE2453436B2 - Elektrischer isolierstoff - Google Patents
Elektrischer isolierstoffInfo
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Description
Fluorkautschuk | 20-87 |
Glimmerhaltiges Material | 10-60 |
Harz | 1-10 |
Strukturierender Zusatzstoff | 0,1-10 |
Füllstoff | Rest |
aufweist.
3. Elektrischer Isolierstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er zusätzlich nicht über
30Gew.-°/c Kunstkautschuk enthält.
2.5
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Isolierstoff, der vor allem für die Windungsisolation und Gehäuseisolation der Wicklungen elektri-
scher Maschinen, Spulen, Drähte, Kabel, Transformatoren und anderen elektrotechnischen und radiotechnischen
Bauteilen gedacht ist.
Es sind elektrische Isolierstoffe aus einem Trägermaterial aus Papier, Seiden- oder Glasgewebe bekannt, auf
das Spaltglimmer aufgeklebt ist, und die Mikabänder genannt werden. Bekannt sind auch Glasglimmerbänder,
bei denen auf Papier, Seiden- oder Glasgewebe Glimmerpapier aufgeklebt ist.
So ist z. B. aus der DT-OS 22 63 236 ein Isoliermaterial auf der Grundlage eines Glaseskapon-Lackgewebes
bekannt, auf das Glimmerpapier mittels eines flüssigen synthetischen Kautschuks, dem butanolysiertes Phenolformaldehydharz
zugegeben ist, aufgeklebt ist, wobei anschließend eine klebrige Schicht aufgetragen wird
und die Oberfläche mit verschiedenen isolierenden organischen Filmen überklebt wird.
Diese Art von Isolationsmaterial hat Nachteile wegen seiner unzureichenden Elastizität, geringen Hitzebeständigkeit,
niedrigen Festigkeit gegenüber Koronaentladungen und seiner Brennbarkeit.
Wegen der geringen Elastizität sind diese Isoliermaterialien insbesondere im modernen Elektromaschinenbau
nicht geeignet, wo Spulen- und Stabwicklungen komplizierter geometrischer Konfiguration verwendet
werden. Soweit erhebliche Biegeverformungen notwendig werden, z. B. beim Einbetten der Spulen in den
Ständernuten, sind diese Isoliermaterialien unbrauchbar. Außerdem sind die Mikabänder und Glasglimmerbänder
nicht von gleichmäßiger Dicke.
Aus der DT-OS 22 21329 sind vernetzte oder
nichtvernetzte Isolierstoffe auf Elastomer- oder PIastorncrbasis
mit Naturkautschuk oder Elastomer, thermoplastischem Polymer, organischen und mineralischen
Füllstoffen, Vulkanisationsmittel und Schutz- und (15
Hilfsstoffen bekannt. Dabei wird als organischer Füllstoff Kohlenruß vorgeschlagen. Mit diesem Material
wird eine Dielektrizitätskonstante von 20 bis 25, ein hoher Tangens des Verlustwinkels und ein nur geringer
spezifischer Widerstand erzielt. Die Bruchlast beträgt um 50 kp/cm2 und die Bruchdehnung 500%.
Isoliermaterialien dieser Art haben keine genügende elektrische und Koronafestigkeit. Auch die mechanische
Festigkeit ist unbefriedigend; sie können leicht durchgedrückt werden und insbesondere dünne Schichten
werden in Einschnitten, z. B. bei der Ausführung von Ständerwicklungen von elektrischen Maschinen, leicht
beschädigt. Bei dem vorgenannten Materia! kommen die wegen des leitenden Kohlenrußes niedrigen
Isoliereigenschaften nachteilig hinzu.
Ähnliches gilt für ein aus der DT-AS 11 98 884
bekanntes gummiähnliches Isoliermaterial aus einer Mischung von Chloropren, hochgradigem Styrolharz
und feinverteiltem Füllmaterial, z. B. Ton. Auch dieses Material erreicht nur eine dielektrische Festigkeit von
16 000 V/mm und ist deswegen wenig geeignet für die Hochspannungsisolierung von Gehäusen und Wicklungen.
Es wird auch nur empfohlen für Einsätze von Steckern u. dgl.
Aus der DT-PS 9 76 211 ist schließlich ein elektrisches Isolierband aus einem Polyvinylchloridfilm bekannt,
welcher Weichmacher enthält und mit einer druckempfindlichen Harz-Kautschuk-Klebeschicht versehen ist.
Dieses Material wird empfohlen zur Isolation von elektrischen Leitungsdrähten, auch z. B. von Drahtspleißstellen.
Es ist jedoch wegen der PVC-Basis von niedriger Koronafestigkeit und kann ebenfalls nicht zur
Hochspar.nungsisolierung von Gehäusen und Wicklungen empfohlen werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, unter Vermeidung der beschriebenen Nachteile einen elektrischen
Isolierstoff zu schaffen, der bei maximaler Koronafestigkeit und guten Dieiektrizitätseigenschaften
auch unbrennbar ist und eine hohe Elastizität aufweist.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der elektrische Isolierstoff, der Fluorkautschuk, strukturierende
Zusatzstoffe und einen Füllstoff aufweist, erfindungsgemäß zusätzlich ein niedermolekulares
Klebharz und über die gesamte Masse des Stoffes gleichmäßig verteilte Teilchen eines glimmerhaltigen
Materials enthält.
Der genannte elektrische Isolierstoff weist eine hohe Koronafestigkeit auf, ist elastisch und hitzebeständig,
unbrennbar.
Es ist zweckmäßig, daß der elektrische Isolierstoff 20
bis 87 Gew.-% Fluorkautschuk, 10 bis 60 Gew.-% glimmerhaltige Materialien, 1 bis 10 Gew.-% Harz, 0,1
bis 10Gew.-% strukturierende Zusatzstoffe und als Rest einen Füllstoff enthält.
Dadurch, daß der elektrische Isolierstoff das empfohlene Verhältnis von Komponenten aufweist, wurde es
möglich, dem herzustellenden Material die höchsten Kennwerte in bezug auf die Koronafestigkeit, Elastizität,
Hitzebeständigkeit zu verleihen.
Die Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung läuft darauf hinaus, daß der Stoff zusätzlich nicht über 30
Gew.-% synthetischen Kautschuk enthält.
Dank dem zusätzlichen Gehalt an synthetischem Kautschuk wurde es möglich, den elektrischen Isolierstoff
härtbar zu machen.
Die weiteren Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehenden ausführlichen
Beschreibung des elektrischen Isolierstoffes ersichtlich.
Der erfindungsgemäße elektrische Isolierstoff enthält einen als Bindemittel eingesetzten Fluorkautschuk.
Als genannter Fluorkautschuk-Kopolymer auf Fluorslefinbasis
werden folgende Verbindungen: Trifluor- :hloräthylen-Vinylidenfluorid-Mischpolyermisat
oder Hexafluorpropylen-Vinylidenfluorid-Mischpolymerisat
CF2-CF
eingesetzt, die Bausteine n, m können variieren, die
Wechselfolge ist beliebig. Das Molekulargewicht kann über i 00 betragen.
In den Kopolymeren können andere fluororganische Produkte, darunter sauerstoffhaltige, enthalten sein. Die
Festigkeit und die Polarität der Fluorkohlenstoffbindungen geben diesen Kautschuken, eine erhöhte Beständigkeit
gegenüber der Wärmealterung, und ein hoher Fluorgehalt — chemische Reaktionsträgheit und Unbrennbarkeit.
Der Chlorgehalt bedingt eine erhöhte Adhäsion gegenüber den glimmerhaltigen Materialien,
die gemäß der vorliegenden Erfindung im betreffenden Material enthalten sind, und der Baustein CH2 — die
Biegsamkeit der Kette des Polymers sowie dessen Fähigkeit zur Strukturbildung. Die Fluorkautschuke
weisen eine Viskosität nach Mooney von 30 bis 150
auf.
Zwecks Verbesserung der Technologiegerechtheit und der Verträglichkeit gegenüber den glimmerhaltigen
Materialien, ausgeschlossen Fluorkautschuk, enthält der erfindungsgemäße elektrische Isolierstoff ein niedrigmolekulares Klebharz, zum Beispiel ein Dian-Epoxidharz
der Strukturformel:
-CH2 CH-CH2-O
O-CH1-CH-CH1-O
CH,
CH,
CH3
O-CH-
-CH2
mit einem Molekulargewicht von 600 bis 1500, das eine
sirupöse Flüssigkeit von der hellgelben bis zur braunen Farbe darstellt.
Die vorliegende Erfindung sieht die Möglichkeit der Verwendung von niedrigmolekularen Harzen, beispielsweise des Silikonharzes vom Typ der Polymethylphejo nylvinylhydroxyloxane der Strukturformel:
Die vorliegende Erfindung sieht die Möglichkeit der Verwendung von niedrigmolekularen Harzen, beispielsweise des Silikonharzes vom Typ der Polymethylphejo nylvinylhydroxyloxane der Strukturformel:
(—QH5SiO1 j)(CH3HSiO)(CH3CH2 = CHSiO)(CH,C6HsSiO)5-11
mit einem Molekulargewicht von 300 bis 600 und einer Viskosität nach dem Fordtrichter von 1 bis 10 min sowie
Harnstofformaldehyd-, Phenolformaldehyd-, Aminophenol-, Melaminoformaldehyd-, Urethan-, Xylenol-,
Kumaron-, Indenkumaronharze vor. Zur Erzielung erhöhter dielektrischer Eigenschaften und Koronafestigkeit
wird vorgeschlagen, in die Zusammensetzung des Stoffes über die gesamte Masse des Stoffes
gleichmäßig verteilte Glimmerteilchen von Muskovit der Zusammensetzung KH2Al3Si3Oi2, Phlogopit der
Zusammensetzung KH3Mg3AlSi3Oi? oder beides zusammen
einzuführen. Der Gehalt an den im elektrischen Isolierstoff gleichmäßig verteilten Teilchen eines
glimmerhaltigen Materials verbessert die Festigkeit gegenüber dem Durchdrücken und einem Einschnitt
selbst in den dünnen Schichten des erfindungsgemäßen Materials.
Die glimmerhaltigen Materialien sind in Form von feinen, nach der Dicke 10 bis 1 μπι großen Teilchen in
einen aus dem genannten Fluorkautschuk und dem obenerwähnten niedermolekularen Klebharz bestehenden
Klebstoff differential eingeführt. Derartige über die gesamte Masse des elektrischen Isolierstoffes homogen
verteilte Teilchen des glimmerhaltigen Materials verleihen jedem lokalen Punkt des elektrischen Isolierstoffes
eine hohe Koronafestigkeit sowie eine Festigkeit gegenüber dem Durchdrücken und eine Unempfindlichkeit
gegenüber den Einschnitten.
Zur Sicherung einer gleichmäßigeren Verteilung der Glimmerteilchen über die gesamte Masse des erfindungsgemäßen
elektrischen Isolierstoffes enthält dieser einen Mineralfüllstoff: Weißruß, Zinkoxyd, Talk, Kaolin,
Kreide, Diatomit, Marschalit, Magnesiumoxyd, Baryt, Gips, Litopon, Bimsstein, gebrannte Magnesia, Titanweiß,
Zinksulfid.
Der erfindungsgemäße elektrische Isolierstoff enthält strukturierende Zusatzstoffe, die ein Aneinanderreihen
linearer polymerer Moleküle vom Fluorkautschuk zu einem räumlichen Gitter im wesentlichen nach den
Bausteinen »CH2« oder »CFC1« gewährleisten.
Als strukturierende Zusatzstoffe werden beispielsweise Bis-(Furfuryliden)-Hexamethylendiimin der
Strukturformel:
\/~ CH = N — (CH2), — N = CH
O O
Kupfersalizylimin der Strukturformel:
H N--■=== C H
H N--■=== C H
0-Cu--O
CH- -NH
Benzoyl-, Dikumilperoxid, Polyüihylenpolyamin, Hexamethylendiamin,
Triäthanolamin eingesetzt.
Die Stabilität der Eigenschaften wird beim erfindungsgernäßcn
elektrischer. Isolierstoff durch dessen (\s Durchwärmen bei einer Temperatur von 80 bis 200° C
im Laufe von 1 bis 10 Stunden erreicht, worauf eine Umwandlung der linearen polymeren Moleküle des
Fluorkautschuks zu einem Raumgitter hauptsächlich
nach den Bausteinen »CH2« und »CFC1« erfolgt. Dies wird durch die Anwesenheit der obengenannten
strukturierenden Mittel begünstigt. Gemäß der vorliegenden Erfindung liegt der minimale, ein vollständiges
Überziehen der Teilchen des glimmerhaltigen Materials und die Ausbildung einer monolithischen elektrisch
isolierenden Zusammensetzung sichernde Gehalt am obengenannten Fluorkautschuk bei einer Grenze um 20
Gew.-%.
Beispiel der Zusammensetzung der obengenannten Komponenten des erfindungsgemäßen Materials in
Gewichtsprozent:
Fluorkautschuk 20
Niedrigmolekulare Harze 10
Glimmerhaltige Materialien 60
Strukturierende Zusatzstoffe 0,1
Mineralfülistoff Rest
Ein Fluorkautschukgehalt unterhalb von 20 Gew.-% bewirkt eine erhebliche Verminderung der elektrischen
Festigkeit, einen Elastizitätsverlust und eine beträchtliche Verschlechterung der Eigenschaften bei einer
Befeuchtung des elektrischen Isolierstoffes.
Der maximale Fluorkautschukgehalt beträgt gemäß der vorliegenden Erfindung 87 Gew.-% bei folgender
Zusammensetzung der Komponenten des Materials in Gewichtsprozent:
Fluorkautschuk 87
Niedrigmolekulare Harze 1
Glimmerhaltige Materialien 10
Strukturierende Zusatzstoffe 1
Strukturierende Zusatzstoffe 1
Mineralfüllstoff Rest
Vorgeschlagen wird ein Gehalt an glimmerhaltigem Material nicht unterhalb von 10 Gew.-°/o, weil wir
festgestellt haben, daß erst die genannte Menge die Koronafestigkeit des elektrischen Isolierstoffes und die
35 Festigkeit gegenüber dem Durchdrücken und den
Einschnitten gewährleistet.
Der Gehalt am gliinmerhaltigen Material über 60 Gew.-% führt aber zu einem ungenügend vollständigen
Überziehen der Glimmerteilchen durch den Fluorkautschuk und zur Ausbildung im Material von Lufteinschlüssen,
was die Korona-, die elektrische Festigkeit, die Elastizität, die Feuchtigkeitsbeständigkeit des
elektrischen Isolierstoffes herabsetzt.
Wir haben eine minimale, 1 Gew.-% betragende Menge eines niedermolekularen Harzes gewählt, weil
diese Menge zur Erreichung einer gleichmäßigen Verteilung der Glimmerteilchen über die Masse des
erfindungsgemäßen Materials genügt.
Es wurde festgestellt, daß der Harzgehalt über 10 Gcw.-% eine sprunghafte Verminderung der Wärmebeständigkeit
des elektrischen Isolierstoffes bewirkt.
Wir haben eine minimale Menge strukturierender Zusatzstoffe im erfindungsgemäßen Material 0,1 aus
dem Grunde gewählt, daß eine geringere Menge die Ausbildung einer räumlichen Struktur nach den
Bausteinen »CH2« und »CFCI« des verwendeten Fluorkautschuks nicht sicherstellt.
Der Gehalt an den strukturierenden Zusatzstoffen oberhalb von 10 Gew.-% hat die Ausbildung eines
engmaschigen Raumgitters zur Folge, was die Elastizität und die Hitzebeständigkeit des elektrischen Isolierstoffes
reduziert.
Die Einführung in den Bestand des erfindungsgemäßen Isolierstoffes eines synthetischen Kautschuks in der
Art vom Divinyl-, Divinylstyrol- oder Divinylstyrolkarboxylatkautschuk
gestattet es, dem erstgenannten eine Reihe von nützlichen Eigenschaften, in erster Reihe
die Härtbarkeit, zu verleihen. Für den Fall von synthetischem Divinylkautschuk ergibt sich folgendes
Schema zur Umwandlung von linearen polymeren Molekülen durch Aneinanderreihen mittels Doppelbindungen
und durch Sauerstoffanlagerung mittels Doppelbindungen:
CH2-CH = CH-CH2-Ch2-CH
CH
Il
CH2
+ mO, CH1
Il "
O CH
-CH2-CH-CH-CH2
-CH2-CH-CH-CH2
O
-CH2-CH-CH-CH2
-CH2-CH-CH-CH2
O CH
Il
CH2
(Aneinanderreihen unter Luftsauerstoffeinschluß)
CH2-CH = CH-CH2
CH2-CH CH-CH2
CH2-CH=CH-CH2
(Aneinanderreihen unter Luftsauerstoffausschluß lediglich durch Brückenbildung mittels Vinyl-Doppelbindungen)
Wir schlagen ein Elektroisolationsmaterial mit einem
Zusatzgehalt an Kunstkautschuk vor, dessen Maximalgehalt im Elektroisolationsmaterial 30 Gew.-% unterschreiten
muß, weil eine Erhöhung des Prozentgehaltes über 30 Gew.-% eine beträchtliche Verminderung der
Hitzebeständigkeit des Materials und eine Steigerung seiner Brennbarkeit zur Folge hat.
Für diesen Fall ist die Zusammensetzung der Komponenten in prozentualen Gewichtsteilen folgen
Fluorkautschuk 30
Niedrigmolekulares Harz 3
Strukturierende Zusatzstoffe 0,1
Synthetischer Kautschuk 30
Glimmerhaltiges Material 30
Mineralfüllstoff Rest
Wie bereits erwähnt, bildet zum Beispiel der synthetische Divinylkautschuk die Raumstruktur mittels
Vinyl-Doppelbindungen direkt und die räumlichen Bindungen auf Grund von Sauerstoffbrücken mittels
Doppelbindungen in der Stammkette.
Die sich ausbildende Raumstruktur macht den elektrischen Isolierstoff härtbar und verbessert dessen
physikalisch-mechanische und dielektrische Eigenschaften.
Der erfindungsgemäße elektrische Isolierstoff kann auf die Oberfläche von Elektroblech, Kupferleitern und
anderen elektrotechnischen Teilen, Baugruppen, Erzeugnissen zur Herstellung einer Windungs- und
Gehäuseisolation aufgetragen werden.
Das Auftragen einer Schicht erfolgt mit bekannten Methoden durch Auflösung des Elektroisolationsmaterials
in einem organischen Lösungsmittel mit anschließendem Begießen, Bespritzen oder Bestreichen der zu
isolierenden Flächen. Als Lösungsmittel kommen beliebige passende organische Lösungsmittel, beispielsweise
Azeton, in Frage. Im Falle der Anwendung des Azetons wird die aufgetragene Schicht an der Luft
getrocknet.
Die Stabilität der Isoliereigenschaften gewinnt die aufgetragene Schicht nach deren Durchwärmen bei
einer Temperatur von 80 bis 200cC. Hierbei macht die 4S
elektrische Festigkeit 60 kV/mm, der spezifische Volumenwiderstand ~10l5Qcm, der dielektrische Vcrlustwinkel
bei einer Frequenz von 50 Hz-0,2% aus. Das Material ist unbrennbar, koronafest, feuchtigkeits- und
wasserbeständig.
Der erfindungsgemäße elektrische Isolierstoff kann auf verschiedene Trägcrmaterialicn aufgebracht werden.
Beim Auftragen des erfindungsgemäßen Materials auf ein Glasgewebe ergibt sich ein zusammengesetztes
Glimmcr-Glas-Lack-Gcwcbc, das eine hohe Elastizität S5
besitzt, unbrennbar ist und hohe lsolicrcigenschaflcn bei Temperaturen bis zu 2500C beibehält. Beispielsweise
wird auf ein 40μιη dickes Glasgewebe beidseitig eine
kalibrierte Schicht des crfindungsgemüBen Elcktroisolationsrruiteriuls
bis zu einer Dicke von 0,15 mm (>o aufgebracht.
Das zusammengesetzte Glimmer-Glas-Lack-Gcwcbe
erhält folgende physikalisch-mcehiinischc und dielektrische
Eigenschaften:
Elektrische Festigkeit:
Im Ausgangszustand 40 kV/mm
Nach einer Biegung und Walzung durch
eine 2 kg schwere Walze 38 kV/mm
eine 2 kg schwere Walze 38 kV/mm
Nach einer Durchwärmung bei 2000C
im Laufe von 50 Stunden, einer
Biegung und Walzung durch eine 2 kg
schwere Walze 35 kV/mm
im Laufe von 50 Stunden, einer
Biegung und Walzung durch eine 2 kg
schwere Walze 35 kV/mm
Nach einem Wasserangriff im Laufe von
24 Stunden 25 kV/mm
24 Stunden 25 kV/mm
Das Material ist unbrennbar, koronafest, besitzt die Hitzebeständigkeit nach Klasse F, d. h. behält auf die
Dauer die Eigenschaften bei einer Temperatur von 155° C.
Dank seiner Elastizität ist das Material sehr technologiegerecht und wird als Windungs- und
Gehäuseisolation für die Wicklungen bei elektrischen Maschinen und anderen elektrotechnischen Erzeugnissen
Anwendung finden.
Noch bessere physikalisch-mechanische und dielektrische Eigenschaften können erreicht werden, wenn auf
ein 40 μπι dickes Glasgewebe vorerst eine Schicht vom
Eskaponlack folgender Zusammensetzung:
Synthetischer Divinylkautschuk | lOOGew.-Teile |
Eskaponharz vom Typ der | |
Butadienoligomere | lOOGew.-Teile |
Flugzeugmotorenöl | 20 Gew.-Teile |
Leinölfaktis | lOGew.-Teile |
Bleiresinat | 6 Gew.-Teile |
Phenyl-j9-Naphthylamin(Neozone-D) | 6 Gew.-Teile |
Kerosin | 400 Gew.-Teile |
aufgebracht wird, der nach Erstarren sämtliche Unebenheiten des Glasgewebes bedeckt. Die Gesamtdicke des
Glaseskapon-Lackgewebes beträgt 100 μηπ. Anschließend
wird auf den erzeugten genannten Träger das erfindungsgemäße Elektroisolationsmaterial bis zu
einer Dicke von 200 bis 250 μπι beidseitig aufgetragen.
Dank der auf die Oberfläche des Glaseskapon-Lackgewebes aufgetragenen festhaftenden Schicht des
erfindungsgemäßen Elektroisolationsmaterials wird dessen Unbrennbarkeit und Hitzebeständigkeit erreicht.
Da die festhaftende Schicht den Luftsauerstoff von der Lackschicht fernhält, behält dieses die Elastizität bei
erhöhten Temperaturen bei, dessen Hitzebeständigkeit nimmt erheblich zu. Das Material erhält eine erhöhte
Koronafestigkeit. Das Glaseskapon-Lackgewebe mit der beidseitig aufgetragenen Schicht des erfindungsgemäßen
elektrischen Isolierstoffes hat folgende Kenndaten:
Dicke 0,!5mm
Zerreißfestigkeit eines 15 mm breiten
Bandes 15 kg
Matcrialdickc, mm 0,25
Wasscraufnahmc für 24 h, % unter 1
Spezifischer Volumenwidcrstand, Ω cm:
Im Ausgangszustand 101*·
Nach 1 Tag Wasserlagcrung 1014
Nach 20 Tagen Lagerung im Hygrostat IOM
Nach 5 Tagen Alterung bei 2000C und
Nach 5 Tagen Alterung bei 2000C und
1 Tag Wasserlagcrung 10M
Elektrische Festigkeit, kV/mm:
Im Ausgangszustund 50
Nach 1 Tag Wasserlagerung 45
Nach 20Tagen Lagerung im Hygrostat 45
Nach 18 Stunden Alterung bei 200"C,
einer Biegung und Walzung durch
Nach 18 Stunden Alterung bei 200"C,
einer Biegung und Walzung durch
eine Walze 40
Zerreißlast eines 15 mm breiten Bandes 15 kg
Eine weitere Verbesserung der Gesamtheit der dielektrischen Eigenschaften und besonders der Koronafestigkeit
wird durch Auftragen des erfindungsgemä
10
ßen elektrischen Isolierstoffes auf einen Träger aus einem Polyäthylenterephtalatfilm Strukturformel:
-ooc-
^COO-CH2CH2- OOC -<
erreicht.
Auf den Polyäthylenterephtalatfilm mit einer Dicke von 20 μηι wird beidseitig eine Schicht des erfindungsgemäßen
elektrischen Isolierstoffes bis zu einer Dicke von 100 μΐη aufgebracht. Die Isoliereigenschaften dieses
Materials sind folgende:
Elektrische Festigkeit, kV/mm:
Im Ausgangszustand bei 20° C
Bei einer Temperatur von 13O0C
Nach 30Tagen Feuchtelagerung in
96% relativer Feuchte bei 200C
Spezifischer Volumenwiderstand, Ω cm:
Spezifischer Volumenwiderstand, Ω cm:
Im Ausgangszustand
Bei einer Temperatur von 1300C
Nach 30Tagen Feuchtelagerung
Das Material ist unbrennbar, koronafest und entspricht nach der Hitzebeständigkeit der Klasse F
(155° C).
Die Erhöhung der Hitzebeständigkeit bis zur Klasse H (1800C) wird durch Anwendung als Trägermaterial
eines Polyimidfilmes erreicht.
Das Molekülgitler eines Polyimides ist aus einander ablösenden Bausteinen von einer vierbisischen Säure
und Diaminen
70-80 62-70
45-50
1015 10u 1014
"Ν Κ
aufgebaut.
Als vierbasische Säure kommt die Pyromelliisäurc in
!•'rage, während als Diamin Diaminodiphenylmethan
auftritt, Der Film wird mit Hilfe des Begießens eines endlosen Bandes mit einer Lösung der l'olypyrnmellitamidosilure
und Dimethylformamid hergestellt.
Beim gleichmäßigen bndseiligen Auftragen auf einen
■10 (im starken l'olyimidfilm des ert'induugsgemäßeu
l'.U'kli'oisolationsmaterials bis /u einer Dicke von
K)O(IUi ergibt sich ein Material mit folgenden
physikalisch-mechanischen und dielektrischen Eigen schäften:
Dicke
/.erreil.Mesiigkcit eines l'i nun breiten
Bandes
I lii/el>esläuiligkeit. Klasse 11
I )as Material ist unbrennbar, koronafesl
Elektrische Festigkeit, k V/mm:
Im Atisgangs/.ustand bei 20" Γ Bei einer Temperatur von UiO11C Nach HlTagen !''euehtelageruiig in 1Hi1Vn relativer
Feuchte hei 20"C
Im Atisgangs/.ustand bei 20" Γ Bei einer Temperatur von UiO11C Nach HlTagen !''euehtelageruiig in 1Hi1Vn relativer
Feuchte hei 20"C
I),I nun
20 kg (I Hd" C)
HO
Spezifischer Volumenwiderstand, Ω cm: ^
Im Ausgangszustand '0^
Bei einer Temperatur von 180° C 1«
Nach 30Tagen Feuchtelagerung 1° "
Das Material bewahrt die Elastizität nach einer Wärmealterung bei 2500C im Laufe von 100 Stunden.
Auf die vorstehend beschriebenen Rollenmaterialien
empfehlen wir eine leimige Klebschicht, die aus , Epoxydharz und Polyäthylenpolyamid als Harter,
Epoxydharz und Anhydridhärter besteht, Polyester mit Härtern, Polyurethan, Phenolformaldehyd-, Melaminoformaldehyd-Klebemittel
aufzutragen. Die klebrigen Isolierbänder sind zur Herstellung der Windungs- und
s Gehäuseisolation für Ständerwicklungen, Spulen, Drahte,
Transformatoren und andere elektrotechnische Teile, Baugruppen und Erzeugnisse vorgesehen.
Die klebrigen elastischen Isolierbänder werden leicht von Hand oder mittels Werkzeugmaschinen auf die
ο Wicklungen der Elektromaschinen komplizierter Konfiguration aufgebracht; die Klebebänder sind nach der
Dicke kalibriert, und deren gleichmäßiges Aufbringen mit gleichmäßiger Verspannung führt zur Erhaltung
einer homogenen Windungs- und Gehäuseisolation mit ,5 minimalen Schwankungen nach der Dicke. Das Vorhandensein
auf dem Band einer Klebschicht sorgt für cm recht monolithisches Anliegen der Schichten aneinander.
Die Gaseinschliisse werden hierbei im wesentlichen auf Grund einer Veränderung der beweglichen Klebschicht
von der Oberfläche der Innenschichten des
Bandes auf die Außenfläche eliminiert. Daß der Prozeß in dieser Weise abläuft, konnte man sich bei der
Herstellung von Modellen und Stäben für die Ständerwicklung von Hydrogeneratoren überzeugen. Die
isolierten Stäbe wiesen einen gleichen Flächeninhalt auf. Die Härtung der Klebschichtcn in der Gehäuseisolation
erfolgt bei einer Temperatur von 100 bis 1600C im Laufe
von 2 bis 15 Stunden.
Die Eigenschaften der elektrischen Gehäuseisolatiot auf der Basis eines I'olyäthylenlerephtalatfilmes mi
aufgetragenen Schichten des erfindungsgemäßen Elek iroisolationsmaterials mit einer Klebsehicht sind ai
Modellen der Abmessungen 1000 χ 28 χ r>
mm mil de Stärke der Ciehäuseisolatiori auf einer Seite vo
I1OOrJ-O.t).1» mm untersucht worden. Die Dauerwirkun
des elektrischen Feldes auf die aus einem beliebige Elcktroisolauonsmaterial iuisgeführte C.ehäuseisolalio
bewirkt eine Verringerung dessen elektrischer l'CSti}:
keil und fuhrt während des Betriebes zum Durchsehla . und Ausfall de"· elektrischen Maschine oder elin
anderen Einrichtung.
Die Verminderung der Lebensdauer der Gehaiisi
I lochspaniuingsisolalioii unter der Wirkung lies elektt
sehen Feldes |/··1 mil der Wirkdauer \v\ man durch en
ν Differentialgleichung:
.(D
Λι
λr
zum Ausdruck bringen, wobei
Δτ = Verminderung der Lebensdauer, s
τ = Wirkdauer des elektrischen Feldes £
τ = Wirkdauer des elektrischen Feldes £
auf die Gehäuseisolation, s
E = elektrische Feldstärke, kV/mm
AE = Verringerung elektrischer Festigkeit
E = elektrische Feldstärke, kV/mm
AE = Verringerung elektrischer Festigkeit
mit der Einwirkzeit des Feldes E
α = Konstante, die verschiedene
α = Konstante, die verschiedene
Isolationsarten kennzeichnet,
bedeuten.
Nach dem Auflösen der Gleichung erhalten wir einen Ausdruck für die Lebensdauer der Isolation:
E= A nlg τ ,
E =
A =
A =
τ =
elektrisches Feld in der Gehäuseisolation in kV/mm
elektrisches Festigkeit der Gehäuseisolation bei T=I s
Zeit, in deren Verlauf die Isolation
dem elektrischen Feld ^widersteht, s
elektrisches Festigkeit der Gehäuseisolation bei T=I s
Zeit, in deren Verlauf die Isolation
dem elektrischen Feld ^widersteht, s
= --Konstante,
die jede Isolationsart kennzeichnet
= richtet sich nach dem Tangens des Neigungswinkels der Kurve der Lebensdauer zur Achse des Logarithmus der Zeit, nämlich
= richtet sich nach dem Tangens des Neigungswinkels der Kurve der Lebensdauer zur Achse des Logarithmus der Zeit, nämlich
η — -—
Ig'
Ig'2 - lg T1
= tg./ .
Auf Grund der angeführten Formeln kann eine objektive vergleichende Bewertung für verschiedene
Arten der Gehäuseisolation so bei Auslandsfirmen wie auch für in der UdSSR verwendete Isolierungen und die
klassische Mikabandisolation mit Kompoundmasse (MKl) gegeben werden.
Von den einheimischen Gehäuscisolationen sei auf die Isolation Sludoterm, Monolit eingegangen.
Zum Vergleich betrachten wird die Gehäuseisolationen Mikadur (Schweiz) und Thermolastik (USA).
Führen wir eine vergleichende Bewertung nach dem Λ-Wcrt der elektrischen Festigkeit bei τ— 1 s, nach »n«
— dem Tangens des Neigungswinkels der Kurve der Lebensdauer zur Achse des Logarithmus der Zeit, nach
dem zulässigen, für 20 )ahre Lebensdauer beistimmten Wert der elektrischen Feldstärke durch.
Die Angaben über die Mikabandisolation mit Kompoundmasse — Sludoterm, Monolit, Mikadur,
Thermolastik — sind den Finnenschriften entnommen.
Die Angaben über die neue erfindungsgemäße Isolation werden i\n Hand von an den vorstehend genannten
Modellen durchgeführten Prüfungen aufgeführt.
liiviTi'hiiiini', iIit Isol | HlIl)Il | Wi-ii | VViTt | Zu lii | ISSl)U-T | .iO.liilin.Ti |
»■!« | »II" | Wit | I /■ Iu-i | |||
l.eliL'nsikitiiT | ||||||
von | ||||||
IM i kahaticl isolation | in I οι ni | 17 | 1,07 | -) 1 | ||
einer koinpoutulm | IISSI' | |||||
Sludoterm |LI;.O »1 | ■lcklm- | 1') | 1,81 | 3.(1 | ||
silii«. UiISSkI |
Bezeichnung der Isokition | Wert | Wert | Zulässiger |
»,■1« | »/ι« | Wert E bei | |
Lebensdauer | |||
von 20 Jahren | |||
Monolit [Ullraeleklro- | 28 | 2,5 | 6,0 |
jashmasch, UdSSRI | |||
Mikadur [Schweiz] | 3ü | 2,64 | 6,6 |
Termolastik [USA| | 28 | 2,5 | 6,0 |
Neue crfindungsgemäße | 40 | 3,3 | 13,3 |
Isolation-Elastonit | |||
[WNlI Elektronisch, | |||
UdSSR] |
Die dielektrischen Kennwerte in bezug auf spezifischen Volumenwiderstand, elektrische Festigkeit, dielektrischen
Verlustfaktor, Wasser- und Feuchtigkeitsbeständigkeit, Unbrennbarkeit, Elastizität für die erfindungsgemäße
Isolation sind bereits früher angeführt.
Die neue erfindungsgemäße Isolation (Elastonit) auf der Basis vom Polyäthylenterephtalatfilm übertrifft
nach der Lebensdauer im Bereich der Haltezeit bei 50-Hz-Wechselspannung von 1 s (Ig τ = 0) bis zu 2000
Std. (Ig τ = 7) die Gehäuseisolationen: Mikabandisolation
mit Kompoundmasse, Sludoterm, Monolit, Mikadur, Thermolastik. Der zulässige Feldgradient für die
neue erfindungsgemäße Isolation Elastonit übersteigt bei der Betriebsdauer bis zu 20 Jahren selbst Monolit,
Mikadur, Mikalastik um mehr als das Zweifache. Sehr vorteilhaft sind bei der neuen erfindungsgemäßen
Isolation deren Technologiegerechtheit. Bei deren Anwendung entfällt die Notwendigkeit an großen
giftigen Epoxy- oder Polyester-Kompoundmassen und an einer komplizierten technologischen Ausrüstung für
Imprägnierung im Druckverfahren. Die Anwendung der neuen erfindungsgemäßen Isolation »Elastonit« im
Elektromaschincnbau gestattet es, die Dicke der Gehäuseisolation erheblich zu vermindern, die technischen
Kennwerte zu verbessern und in erster Linie die Masse der Elektromaschine pro Einheit installierter
Leistung zu reduzieren.
Beispiele für crfindungsgemälte Mischungsverhältnisse
von Komponenten.
B e i s ρ i e I 1
Das Elcktroisolationsmatcrial, das 20 dew.-"/» TrifluorehlorUlliylen-Vinylidenfluorid-Mischpolymerisat,
Hl (iew,-% giftiges Dianharz mit Molekulargewicht 1000 60 C1H1W.-% glimmcrhaltigcs Malerial-Sludinit, 0,1
(lew.-1Vd Diktiniilperoxyd uiiil l>,l>
dew.-"/u WeiUruß um /inkoxyd (im Verhältnis 1:1) enthält, wird in Azctoi
aufgelöst und duivh ΙΙυμίοΙΛιη eine kalibrierte Schicht
auf einen 20 μιιι dicken l'olyiitliyleiiteiephtiilatlilm bi>
zu einer Dicke vun ΗΚΗΙΟμηι mit iinscliliel.tendei
Würniebeluinilluin! bei 80 bis 200"C aufgetragen.
Das hergeslellle Material besil/l folgende physika
liM'li-meehanische und dielektrische lügenschaflen:
Spezifisches de wicht
Hitzebeständigkeit
Hitzebeständigkeit
nicht unterhalb der Klasse I·'
Mechanische Zerreißfestigkeit
eines 15 mm breiten Bandes
Mechanische Zerreißfestigkeit
eines 15 mm breiten Bandes
I1H bis Ι,4μΛ·ιη'
Γ> his 20 kg
Elektrische Festigkeit, kV/mm
Im Ausgangszustand
Nach dem Durchwärmen bei
einer Temperatur von 20O0C im
Laufe von 24 Stunden, einer
Biegung und Walzung durch
eine 2 kg schwere Walze
Nach einer Feuchtelagerung
(in 95 ±3% relativer Feuchte)
Im Ausgangszustand
Nach dem Durchwärmen bei
einer Temperatur von 20O0C im
Laufe von 24 Stunden, einer
Biegung und Walzung durch
eine 2 kg schwere Walze
Nach einer Feuchtelagerung
(in 95 ±3% relativer Feuchte)
70-80
60-70
nicht unter
40-50
40-50
Divinylkuulsehiik
Kskaponhur/. vom Typ der
Divinyloligomcrc
Lcinölfaklis
Blcircsiniit
Kskaponhur/. vom Typ der
Divinyloligomcrc
Lcinölfaklis
Blcircsiniit
Phenyl-j3-Naphthylamin
Kerosin
Kerosin
Die Koronafestigkeit der Gehäuse-Hochspannungsisolation übertrifft die bekannten glimmerhaltigen
Elektroisolationsmaterialien um einen Faktor von 2 bis 3.
Spezifischer Volumenwiderstand, Ω cm
I m Ausgangszustand 10'5
Nach dem Durchwärmen bei einer
Temperatur von 2000C 1015
Nach 5Tagen Feuchtelagerung 1013
Dielektrischer Verlustfaktor, %
Im Ausgangzustand 1
Nach dem Durchwärmen bei einer
Temperatur von 2000C im Laufe
von 24 Stunden 1
Nach 5 Tagen Feuchtelagerung 3
Das Elektroisolationsmaterial, das 87 Gew.-% Hexafluorpropylen-Vinylidenfluorid-Mischpolymerisat,
1 Gew.-% Polymethyiphenylvinylhydroxyloxanharz, 10 Gew.-% glimmerhaltiges Material — Glimmerplast, 1
Gew.-% Benzoylperoxid und 1 Gew.-% Talk enthält, wird in Methyläthylketon aufgelöst und durch Tauchen
mit anschließender Kalibrierung auf einen 40 um dicken
Polyamidfilm bis zu einer Dicke von 120 ± 10 μτη
aufgetragen und einer Wärmebehandlung ausgesetzt.
Das erzeugte Material weist physikalisch-mechanische und dielektrische Kennwerte nahe der im Beispiel 1
genannten, mit Ausnahme der Hitzebeständigkeit, die oberhalb der Klasse H (180°) liegt, auf.
Das Elektroisolationsmaterial, das 38 Gcw.-% tcrnärcs
Hexafluorpropylen- Vinylidcnfluorid-Tctrafluoräthylen-Mischpolymcrisat, 3 Gew.-% Indenkumaronharz,
38% glimmerhaltiges Material — Sludinit, 0.1 Gcw.-% Hexamethylendiamin und 20,9 Gew.-"/» Kreide,
Zinkoxyd, Talk (im Verhältnis 1:1:1) enthalt, wird in
einem Gemisch von Azeton mit Methylethylketon (im Verhältnis 1:1) aufgelöst und anschließend auf ein
30 μηι dickes, mit einem Lack folgender Zusammensetzung:
100 Gew.Teile
lOOGcw.-Tcile
lOGew.-Teile
öGew.-Teile 6 Gew.-Teile
400Gew.-Teile
bei einer Temperatur von 150 bis 250"C vorbehandeltes
Glasgewebe bis zu einer Dicke von 100 μιη aufgebracht.
Die genannte Lösung des elektrischen Isolierstoffes
wird durch Begießen auf das genannte Glasgewebe bis zu einer Dicke von 200 ± 10 μπι aufgetragen und einer
Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 80 bis
ίο 25O0Cunterzogen.
Das erhaltene Material besitzt folgende physikalischmechanische und dielektrische Eigenschaften:
Spezifisches Gewicht 1,8 — 1,9 g/cm3
Hitzebeständigkeit
oberhalb der Klasse B (1300C)
Mechanische Zerreißfestigkeit
eines 15 mm breiten Bandes 25 —30 kg
eines 15 mm breiten Bandes 25 —30 kg
Elektrische Festigkeit, kV/mm
;o Im Ausgangszustand 50—60
;o Im Ausgangszustand 50—60
Nach dem Durchwärmen bei
einer Temperatur von 180° C im
Laufe von 24 Stunden, einer
Biegung und Walzung durch
2s eine 2 kg schwere Walze 40—50
einer Temperatur von 180° C im
Laufe von 24 Stunden, einer
Biegung und Walzung durch
2s eine 2 kg schwere Walze 40—50
Nach einer Feuchtelagerung
(in 95 ± 3%) relativer Feuchte) nicht unter 30
(in 95 ± 3%) relativer Feuchte) nicht unter 30
Die Koronafestigkeit der Gehäuse-Hochspannungsisolation übertrifft um das Zweifache die bekannten
glimmerhaltigen elektrischen Isolierstoffe.
Spezifischer Volumenwiderstand, Ω cm
Im Ausgangszustand 1015
Im Ausgangszustand 1015
is Nach dem Durchwärmen bei einer
Temperatur von 180°C 10>5
Nach 5 Tagen Feuchtelagerung 10u
Dielektrischer Vcrlustwinkel, %
Im Ausgangszustand unter 1
Im Ausgangszustand unter 1
Nach dem Durchwärmen bei einer
Temperatur von 1800C im Laufe von
24 Stunden 1
Temperatur von 1800C im Laufe von
24 Stunden 1
Nach 5 Tagen Fcuchtclagerung 2
^ Be i s ρ i e 1 4
Das Elektroisolationsmaterial, das 30 Gew.-% Trifluorchloräthylen-Vinylidenfluorid-Mischpolymerisat,
3 Gcw.-% Urethan, 0,1 Gew.-°/o Bis-(Furfuryiiden)-Hexamethylendiimin,
30 Gew.-% Divinylstyrolkarboxylat-
so kautschuk, 30 Gcw.-% Sludinit und 0,9 Gcw.-% Talk
enthält, wird in Azeton aufgelöst und dann auf ein 60 μπι
dickes, mit dem im Beispiel 3 angegebenen Lack vorbchandcltes Glasgewebe aufgebracht.
Die genannte Elcktroisolationsmateriallösung wird
ss durch Begießen auf das genannte Glasgewebe bis ?:u
einer Dicke von 200±10μηι aufgetragen und einer
Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 80 bis 25O0C ausgesetzt.
Das erzeugte Material weist physikalisch-mcchani-
(Ki sehe und dielektrische Eigenschaften etwas höher als im
im Beispiel 3 angeführten auf, darüber hinaus ist dieses Material hartbarer.
Claims (2)
1. Elektrischer Isolierstoff, der Fluorkautschuk, strukturierende Zusatzstoffe und einen Füllstoff
enthält, dadurch gekennzeichnet, daß er
zusätzlich ein niedermolekulares Klebharz und über die gesamte Masse des Stoffes gleichmäßig verteilte
Teilchen eines glimmerhaltigen Materials enthält.
2. Elektrischer Isolierstoff nach Anspruch 1, ι ο
dadurch gekennzeichnet, daß er in folgenden Anteilen (Gew.-%) genommene Komponenten:
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