DE2504044B1 - Gleitmittel fuer draehte mit lackisolierung - Google Patents

Description

• Gemäß der Erfindung werden als Gleitmittel für Drähte mit Lackisolierung bei Raumtemperatur salben- oder seifenartige Konsistenz aufweisende Verbindungen des Typs A-C-B verwendet, wobei A eine chemische Gruppierung mit reaktionsfähigen Gruppen darstellt, die einen chemischen Einbau in ein polymerisierbares Imprägnierharzsystem ermöglichen, B ein gesättigter oder ungesättigter aliphatischer Kohlenwasserstoffrest und C ein Bindeglied in Form einer Kohlenstoff-, Stickstoff-, Sauerstoff- oder Schwefel-
• gruppierung ist, und wobei beim Vorliegen des Bindegliedes C in Form eines N-substituierten Amins die chemische GruppierungA kein 2,4-Dienoxy-s-triazinyl-(6)-Rest ist.
• Die erfindungsgemäß als Gleitmittel verwendeten Verbindungen - es können sowohl einzelne Verbindungen als auch Gemische dieser Verbindungen verwendet werden - werden während des Verbackungsprozesses des Imprägnierharzes - worauf bereits hingewiesen wurde - chemisch in dessen Harzmatrix eingebaut, d. h., es erfolgt sozusagen eine Entfernung des Gleitmittels auf chemischem Weg. Auf diese Weise wird eine gute Verbindung zwischen Lackdraht und Isolierharz ermöglicht. Die Funktion als Gleitmittel ist dadurch sichergestellt, daß die erfindungsgemäß zu verwendenden Verbindungen bei Raumtemperatur eine salben- oder seifenartige Konsistenz aufweisen. Diese Verbindungen haben einen Schmelzpunkt etwa im Bereich zwischen 35 und 65" C und ergeben Reibungskoeffizienten u (nach DIN 46 453, Absatz 11.2) zwischen 0,09 und 0,2. Neben einer hervorragenden Schmierwirkung weisen derartige Verbindungen ferner den Vorteil auf, daß sie keine oder nur eine vernachlässigbar geringe Klebrigkeit besitzen.
• Die erfindungsgemäß als Gleitmittel verwendeten Verbindungen weisen das Strukturschema A-C-B auf. Die GruppierungA ist dabei im wesentlichen der Träger der funktionellen Gruppen, die einen chemischen Einbau in das Netzwerk des Imprägnierharzes während des Verbackungsprozesses ermöglichen. Bei Verwendung von Imprägnierharzen auf der Basis von ungesättigten Polyestern sind dies Gruppen, die während des Verbackungsprozesses unter radikalischer Initiierung in die Harzmatrix eingebaut werden.
• Vorzugsweise trägt die chemische GruppierungA in diesem Fall wenigstens eine äthylenisch ungesättigte Gruppe. Bei Verwendung additiv härtender Imprägnierharze, beispielsweise Epoxid- oder Urethanharze, besitzen die funktionellen Gruppen vorteilhaft reaktive Wasserstoffatome.
• Die Gruppierung B ist im wesentlichen Träger der reinen Gleitmitteleigenschaften, d. h., sie ist mitbestimmend für die Konsistenz des Gleitmittels. Die Gruppierung B besteht aus einem gesättigten oder ungesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffrest, d. h., B ist ein Alkyl-, Alkenyl- oder Alkinylrest. Zur Erzielung guter Gleitmitteleigenschaften weist B vorteilhaft 8 bis 24 Kohlenstoffatome und vorzugsweise 14 bis 20 Kohlenstoffatome auf. B kann also beispielsweise vorteilhaft ein Lauryl- oder Stearylrest sein.
• Das Brücken- oder Bindeglied C zwischen den Funktionsträgern A und B ist eine Kohlenstoff-, Stickstoff-, Sauerstoff- oder Schwefelgruppierung.
• Unter einer Kohlenstoffgruppierung wird dabei sowohl eine Brücke in Form eines Kohlenstoffatomes verstanden als auch eine Brücke in Form einer Carboxylgruppe - CO - und einer Estergruppe -CO-O-. Unter Stickstoffgruppierung wird neben der Struktur auch die Imid-Struktur und die Urethanstruktur -NH-CO-O verstanden. Die Sauerstoffgruppierung wird vorzugsweise durch eine Atherbindung - 0- gebildet. Die Bezeichnung Schwefelgruppierung beinhaltet neben der Thioätherstruktur -5- auch die Sulfoxidstruktur -SO- und die Sulfonstruktur SO2.
• Die beiden freien Valenzen der Kohlenstoffgruppierung zwei Valenzen sind bereits an die GruppierungenA und B gebunden, können durch organische Reste oder Wasserstoffatome besetzt sein. Die freie Valenz an der Stickstoffgruppierung kann beispielsweise an einen Alkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, an eine Alkylencycloalkangruppe mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen, an eine Alkylenaryl(-heteroaryl)-Gruppe mit 7 bis 10 Kohlenstoffatomen, an eine Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 3 bis 16 Kohlenstoffatomen oder an Wasserstoff gebunden sein.
• Wichtige Beispiele für die Gruppierung A sind Abkömmlinge folgender Verbindungen: Isocyansäure (1), Benzolcarbonsäuren (2), Cyclohexancarbonsäuren (3), Zimtsäure (4), Benzol (5), Maleinsäure (6), Fumarsäure (7), Itaconsäure (8), Methacrylsäure (9), Acrylsäure (10), Maleinsäuremonoallylester (11), Mono- oder Diester des Glycerins (12), Propylen (13) und Athylen (14).
• Bei Verwendung radikalisch vernetzender Imprägnierharze werden vorzugsweise Verbindungen verwendet, bei denen wenigstens einer der Reste Rt bis R8 eine polymerisierbare Mehrfachbindung besitzt.
• Beispiele für derartige Reste sind die Allyl-, Methallyl-, Athallyl-, Propallyl-, 3-Athyl-butenyl-2-, 3-Butenyl-, 2,4-Hexadienyl-, Crotyl- und Nonenyl-Gruppe.
• Bei Verwendung von durch Additionsreaktionen vernetzenden Imprägnierharzen, wie beispielsweise Harzen auf Epoxid- und Urethanbasis, tragen die Reste R, bis R8 vorzugsweise Gruppen mit reaktiven H-Atomen, wie beispielsweise - NH -, -NH2, -COOH oder -OH. Beim Vorliegen des Bindegliedes C als Stickstoffgruppierung kann das Gleitmittelmolekül das reaktive H-Atom aber auch in der Form -NH- oder -NH-CO-O-enthalten.
• Charakteristische Beispiele erfindungsgemäß als Gleitmittel zu verwendender Verbindungen vom Typ A-C-B sind: a) Für radikalisch vernetzende Imprägnierharze Diallyl - stearyl - isocyanurat, 1 - Carboallyloxy -3,4-dicarbostearyloxy-benzol (Ester der Trimellithsäure), Maleinsäuredilaurylester, Maleinsäuredistearylester, Fumarsäuredilaurylester, Fumarsäurelaurylstearylester, Fumarsäuredistearylester, N - Lauryl - maleinimid, N - Stearyl - maleinimid, Zimtsäurestearyl- (lauryl-, myristyl-, cetyl-)zimtsäureamid sowie mehrfach mit höheren gesättigten Fettsäuren von C10 bis C24 allein oder im Gemisch mit ungesättigten Fettsäuren von C8 bis C24 veresterte mehrwertige Alkohole, bei denen wenigstens eine Hydroxylgruppe mit einer ungesättigten Carbonsäure, beispielsweise Methacryl-oder Acrylsäure, verestert ist.
• b) Für additiv vernetzende Imprägnierharze I - Carboxy -3,4- dicarbostearyloxy - benzol, N,N'-Distearyl - (myristyl-, lauryl-, cetyl-)malonsäurediamid, N,N'-Distearyl-(myristyl-, lauryl-, cetyl-)phenylendiamin, Phthalsäuremonostearyl-(lauryl-, myristyl-, cetyl-)ester, Hexahydrophthalsäuremonostearyl-(lauryl-, myristyl-, cetyl-)ester, N,N'-Distearyl-(lauryl-, myristyl-, cetyl-)hexahydrophthalsäurediamid und N-Stearyl-anilin sowie mehrfach mit höheren gesättigten Fettsäuren von C10 bis C24 allein oder im Gemisch mit ungesättigten Fettsäuren von C18 bis C24 veresterte mehrwertige Alkohole, bei denen wenigstens über eine Hydroxylgruppe eine Halbesterbindung zu einer Di- oder Polycarbonsäure besteht.
• Zur Verwendung bei radikalisch vernetzenden Imprägnierharzen sind insbesondere Zimtsäureester des Lauryl-, Myristyl-, Cetyl- und Stearylalkohols gut geeignet. Bei der Verwendung von Imprägnierharzen auf Polyurethanbasis werden Gleitmittel mit reaktiven H-Atomen in OH- bzw. NH- oder NH2-Bindung bevorzugt.
• Die erfindungsgemäße Verwendung von Verbindungen des Typs A-C-B als Gleitmittel für Drähte mit Lackisolierung erweist sich auch deshalb als besonders vorteilhaft, weil diese Verbindungen in monomerer Form gegenüber der Isolations- bzw.
• Lackschicht völlig inert sind. Ferner gewährleistet das relativ niedrige Doppelbindungsäquivalent bzw.
• der Aminwasserstoff dieser Verbindungen bei Tränkharzen auf der Basis ungesättigter Polyester- und Epoxidharze einen raschen und sicheren Einbau in die Tränkharzmatrix. Weitere Vorteile liegen darin, daß die erfindungsgemäß verwendeten Verbindungen mit üblichen Gieß-, Einbettungs-, Tränk- und Träufelharzen auf der Basis von ungesättigten Polyester-und/oder Epoxidharzen gleich gut verträglich sind.
• Derartige Gleitmittel verbessern die mechanischen und elektrischen Eigenschaften von Wicklungen, insbesondere von Motoren-, Transformatoren- und Spulenwicklungen, erheblich, da sie eine gute Verbackung dieser Wicklungen gewährleisten. So läßt sich bei Motorenwicklungen aus Lackdrähten, die mit einem erfindungsgemäßen Gleitmittel verarbeitet wurden, die Anzahl der Umschaltungen von 400 000 auf mehr als 1000000 erhöhen, ehe die Motoren ausfallen.
• Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Gleitmittel ist darin zu sehen, daß durch eine Variation im chemischen Aufbau leicht eine Anpassung an spezielle Anforderungen möglich ist.
• Die Beschichtung der Drähte mit dem Gleitmittel erfolgt im allgemeinen in der Weise, daß auf die Drähte eine Lösung des Gleitmittels aufgebracht wird, beispielsweise durch Bestreichen mittels eines Dochtes, und daß anschließend das Lösungsmittel entfernt wird. Dazu kann beispielsweise eine 3%ige (Gewichtsprozent) Lösung in einem Gemisch aus Testbenzin und Toluol verwendet werden.
• An Hand von Versuchsergebnissen zweier Prüfreihen wird im folgenden die bei Verwendung von erfindungsgemäßen Gleitmitteln erzielbare Verbesserung der elektrischen und mechanischen Eigenschaften dargestellt.
• Prüfreihe 1 Für die Prüfung der Haftung zwischen Drahtlack und Imprägnierharz wird die Drahtbündelprüfung herangezogen. Dazu werden stabförmige Drahtwickelbündel der Abmessung 10 x 15 x 150 mm, welche eine definierte Zahl von Leitern enthalten, mit einem ungesättigten Polyesterharz (UP-Harz) imprägniert. Auf einer Prüfmaschine mit Biegeeinrichtung werden die Drahtwickelbündel dann einer Biegebeanspruchung ausgesetzt, und dabei wird ein Kraft/Weg-Diagramm aufgezeichnet. Bei Vergleichsuntersuchungen zwischen Drahtwickelbündeln (I) aus imprägnierten Lackdrähten mit herkömmlichen Gleitmitteln auf Paraffinbasis, entsprechenden Drahtwickelbündeln (II) aus Lackdrähten, deren Gleitmittel vor der Imprägnierung abgewaschen wurde, und Drahtwickelbündeln (III) aus Lackdrähten mit Zimtsäurestearylester als Gleitmittel zeigen die letzteren eine Biegsteifigkeitsverbesserung um mehr als das Doppelte. In der folgenden Tabelle sind zur Veranschaulichung bei Raumtemperatur erhaltene Meßwerte aus Drahtwickelbündeln der vorstehend genannten Abmessungen mit 1,06 mm starken Lackdrähten einander gegenübergestellt, und zwarjeweils das Maximum des Kraft/Weg-Diagramms.
• Probe Lack Imprägnier- Ein- Biege- Maximum harz spann- radius länge (mm) (mm) [N1 I Polyester- UP-Harz 120 10 765 imid II Polyester- UP-Harz 120 10 1088 imid III Polyester- UP-Harz 120 10 etwa 1750 imid Prüfreihe 2 In einer zweiten Prüfreihe werden sogenannte Reversierprüfungen an elektrischen Maschinen durchgeführt. Dabei laufen Elektromotoren reversierend im Rechts-Links-Lauf. Die Abstände zwischen den Schaltungen werden so gewählt, daß die Wicklungserwärmung der entsprechenden Isolierstoffklasse nach VDE 0530 entspricht. Beispielsweise ist die dabei auftretende Wicklungsbelastung einer Wicklung, die für 11 kW 220/380 V (d/Y) ausgelegt ist, d. h. für 11 kW und 220 V in Dreieckschaltung bzw. 380 V in Sternschaltung, beim Schaltvorgang etwa 1000 V und 180A.
• Bei derartigen Reversierprüfungen zeigt sich, daß sich bei Motorwicklungen aus Lackdrähten, die mit dem erfindungsgemäßen Gleitmittel verarbeitet wurden, dieAnzahl der Umschaltungen von 400 000 auf mehr als 1 000 000 erhöhen läßt, ehe die Motoren ausfallen.

Claims (5)

1. Patentansprüche: 1. Verwendung einer bei Raumtemperatur salben- oder seifenartige Konsistenz aufweisenden Verbindung des Typs A-C-B als Gleitmittel für Drähte mit Lackisolierung, wobei A eine chemische Gruppierung mit reaktionsfähigen Gruppen darstellt, die einen chemischen Einbau in ein polymerisierbares Imprägnierharzsystem ermöglichen, B ein gesättigter oder ungesättigter aliphatischer Kohlenwasserstoffrest und C ein Bindeglied in Form einer Kohlenstoff-, Stickstoff-, Sauerstoff- oder Schwefelgruppierung ist, und wobei beim Vorliegen des Bindegliedes C in Form eines N-substituierten Amins die chemische Gruppierung A kein 2,4-Dienoxy-s-triazinyl-(6)-Rest ist.
2. 2. Verwendung einer Verbindung nach Anspruch 1, deren chemische GruppierungA wenigstens eine äthylenisch ungesättigte Gruppe aufweist.
3. 3. Verwendung einer Verbindung nach Anspruch 1, deren chemische Gruppierung A und/ oder deren Bindeglied C wenigstens ein reaktives Wasserstoffatom besitzen.
4. 4. Verwendung einer Verbindung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, deren Kohlenwasserstoffrest B 8 bis 24 Kohlenstoffatome, vorzugsweise 14 bis 20 Kohlenstoffatome, aufweist.
5. 5. Verwendung einer Verbindung nach Anspruch 4 in Form eines Zimtsäureesters des Lauryl-, Myristyl-, Cetyl- oder Stearylalkohols.

   Lackdrähte, d. h. Drähte mit Lackisolierung, besitzen einen dünnen, möglichst blasen- und porenfreien Lackfilm, dessen Stärke beispielsweise nach DIN 46435 festgelegt ist. Der Lackfilm dient zur Isolierung der Windungen einer Spule gegeneinander. Vor allem Lackdrähte für den Elektromaschinenbau, aber auch solche für die Schwachstromtechnik, werden während ihrer Verarbeitung bzw.

   beim Wickeln auf Wickelautomaten oder beim Einbringen in Nuten von Statoren oder Rotoren elektrischer Maschinen stark beansprucht.

   Zur Vermeidung von Beschädigungen der Lackdrahtisolierung während der Verarbeitung und zur Ermöglichung eines einwandfreien Aufspulens sind die Drähte mit Gleitmitteln beschichtet. Dadurch werden die mechanischen Kräfte, die auf die Lackschicht wirken, herabgesetzt.

   Im Elektromaschinenbau ist es zur Anhebung der elektrischen und mechanisch-thermischen Eigenschaften üblich, Wicklungen nach Tauch- oder Träufelverfahren, beispielsweise mit ungesättigten Polyester-oder Epoxidharzen, zu imprägnieren und anschließend in einem Temperprozeß zu verbacken.

   Ubliche Gleitmittel, insbesondere solche auf Paraffinbasis, vermindern aber die Festigkeit des Verbandes Lackdraht/Imprägnierharz wesentlich. Sie besitzen nämlich die unerwünschte Eigenschaft, zwischen Imprägnierharz und Lackdraht eine Art Trennschicht zu bilden. Die verminderte Festigkeit läßt sich deutlich mit Umschaltversuchen an Elektromotoren zeigen, wenn Prüflinge mit gleitmittelfreien Wick- lungen mit Prüflingen verglichen werden, welche mit Gleitmittel versehene Wicklungen aufweisen. Ein zusätzlicher Arbeitsgang zur Entfernung der Gleitmittel vor dem Tränk- bzw. Tauchprozeß, womit die obengenannten Schwierigkeiten beseitigt werden könnten, ist bei Großserien wirtschaftlich nicht tragbar.

   Zur Vermeidung der genannten Nachteile sind in der DT-OS 2409 979 als Gleitmittel für Drähte mit Lackisolierung 2,4-Dienoxy-6-aminoalkyl(-en)-s-triazine der allgemeinen Formel vorgeschlagen, wobei Rt und R2 eine Allyl- und/oder Methallyl- und/oder Athallyl- und/oder Propallyl-und/oder 3-Sithyl-butenyl-2- und/oder 3-Butenyl- und/ oder 2,4-Hexadienyl- und/oder Crotyl- und/oder eine Nonenylgruppe ist, R3 Wasserstoff oder eine Alkylengruppe, die cyclisch mit R4 verbunden sein kann, wobei einzelne Methylengruppen durch Oxo- oder Thiogruppen substituiert sein können, und R4 ein Alkylrest mit 1 bis 20 Kohlenstoffatomen, eine Alkylencycloalkangruppe mit 4 bis 10 Kohlenstoffatomen, eineAlkylenaryl(-heteroaryl)-Gruppe mit 7 bis 10 Kohlenstoffatomen oder eine Alkenyl- oder Alkinylgruppe mit 3 bis 16 Kohlenstoffatomen ist. Diese Verbindungen stellen demnach N-substituierte Amine dar, die am Stickstoffatom einen 2,4-Dienoxy-s-triazinyl-(6)-Rest tragen.

   Derartige Gleitmittel werden während des Verbackungsprozesses in die Harzmatrix des Imprägnierharzes, beispielsweise von Imprägnierharzen auf der Basis ungesättigter Polyester- oder Epoxidharze, chemisch eingebaut. Diese Gleitmittel haben bei Raumtemperatur salben- bzw. seifenartige Konsistenz und besitzen neben einer hervorragenden Schmierwirkung den weiteren Vorteil, daß sie keine oder nur eine vernachlässigbar geringe Klebrigkeit aufweisen.

   Sie neigen daher wenig oder gar nicht dazu, während des Fertigungsprozesses oder auf dem Transport Schmutz zu binden.

   Es hat sich nun überraschenderweise gezeigt, daß das derartigen Triazinen zugrunde liegende Aufbauschema derart verallgemeinert werden kann, daß der Bereich der zur Verfügung stehenden Gleitmittel mit den obengenannten guten Eigenschaften wesentlich erweitert wird.