DE2525892B2 - Verfahren zur herstellung eines impraegnierfaehigen wickelbandes zur elektrischen isolierung von hochspannungswicklungen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es ist bekannt, imprägnierfähige, mit Bindemittel behandelte Wickelbänder, beispielsweise zum Isolieren der Leiter rotierender elektrischer Maschinen, zu verwenden, wobei die bevorzugte Verarbeitung in einem mehrschichtigen Umbändein des Spulenleiters mit einem trockenen, porösen Band, anschließendem Imprägnieren und nachfolgender Härtung unter gleichzeitiger Formgebung der Spule besteht (DT-OS 17 016). Die nach einem solchen Verfahren hergestellten Isolationen sind im betrieblichen Einsatz Spannungsgradienten bis zu lOOkV/cm, thermischen Zyklen in der Größenordnung AT = 100 ... 130⁰C, Schwingungen, Torsionen sowie Schub- und Scherkräften, beispielsweise infolge ungleicher Ausdehnungskoeffizienten zwischen Leiter und Isolation ausgesetzt. Die Erfahrungen haben gezeigt, daß eine aus Feinglimmervlies und einem Träger gebildete Kunstharzisolation den Beanspruchungen um so langer standhält, je gleichmäßiger die Lagendistanz der einzelnen Bandwicklungen ist, je kleiner der Ausdehnungskoeffizient zwischen Leiter und Isolation ist, je gleichmäßiger das Kunstharz/Isolierband-Gewichtsverhältnis über die Dicke der Isolation ausfällt, und insbesondere, je gleichmäßiger die physikalischen Eigenschaftswerte des ausgehärteten Kunstharzes über die Dicke der Isolation verteilt sind. Letzteres ist u. a. in starkem Maße davon abhängig, inwieweit eine Vollimprägnierung des Feinglimmervlieses erreicht werden kann. Günstig hat sich diesbezüglich die Verwendung von leicht imprägnierbaren Feinglimmervliesen erwiesen, beispielsweise von solchen, die durch die mechanische Spaltung von Naturglimmer gewonnen werden können. Nach den heutigen Erkenntnissen entsprechen die leicht imprägnierbaren Feinglimmervliese in verarbeitungstechnischer Hinsicht nicht immer voll allen notwendigen Anforderungen. Vor allem wird das Abblättern der Glimmerschuppen beim maschinellen Umwickeln als nachteilig empfunden.

Im Zusammenhang damit steht auch die geringe Geschmeidigkeit des Feinglimmervlieses, was eine

Abdeckung von Kanten problematisch macht Es besteht also das Problem, eine mechanische Verfestigung der Glimmerschuppen in Feinglimmervliesen sicherzustellen, ohne die Imprägnierbarkeit des Wickelbandes zu beeinträchtigen. Dieses Problem ist bekannt (OE-PS 2 40 968).

Es auch bereits bekannt, daß man den Glimmer mit einem Bindemittel imprägnieren kann, welches dann unter Wärmeeinwirkung zum Verdampfen gebracht wird (OE-PS 2 40 968). Bisher erfolgte die Bindemittel-

behandlung aber nur zu dem Zweck, eine Verbindung zwischen dem Trägermaterial und dem Glimmervlies herbeizuführen, und wenn das Bindemittel in das Trägermaterial eindringt, ist keine vollständige Durchtränkung der Isolation mit dem Imprägniermittel gewährleistet. Dabei spielt auch eine Rolle, daß im bekannten Fall das Voraddukt (Kunstharz) außerhalb des Vlieses hergestellt wird.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das einerseits eine sehr gute Verfestigung des Feinglimmervlieses und andererseits eine bessere Durchtränkung der Isolation mit dem Imprägniermittel gewährleistet als bisher, was voraussetzt, daß möglichst eine Behandlung des Trägermaterials mit dem Bindemittel vermieden wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bei einem nach diesem Verfahren behandelten Glimmervlies mit »in situ« hergestelltem Kunstharz hat sich überraschenderweise gezeigt, daß es geschmeidiger und mechanisch zugfester ist, als wenn es mit dem gleichen, jedoch getrennt voraddierten Kunstharz imprägniert worden wäre. Dies ist einerseits darauf zurückzuführen, daß die Imprägnierung mit den niedermolekularen, noch nicht reagierten Verbindungen homogener ist als. mit dem voraddierten Kunstharz, und andererseits wandelt sich das zunächst als dünner Film vorliegende, reaktionsfähige Gemisch bei der chemischen Reaktion, beispielsweise infolge des Reaktionsschwundes, in kleine zwischen den einzelnen Glimmer- schuppen liegende Tropfen um, womit eine ideale Verfestigung des; Feinglimmervlieses erreicht wird, ohne dessen Porosität zu verschlechtern.

Es empfiehlt sich, zur Behandlung des Feinglimmervlieses als harzbildende Komponente Epoxidverbindungen und die mit den Epoxidgruppen durch Polyaddition reagierenden Verbindungen zu verwenden, wobei vorzugsweise das im Feinglimmervlies gebildete Kunstharz aus der Reaktion zwischen einem Diglycidyläther des Bisphenols A und mehrwertigen Phenolen, beispielsweise aus Bisphenol A, entsteht.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Kunstharz 5,0 Gewichtsprozent des behandelten Feinglimmervlieses nicht übersteigt.

Als Kunstharze verwendet man solche, die durchschnittlich mehr als eine Epoxidgruppe enthalten. Die Polyepoxide können gesättigt oder ungesättigt, aliphatisch, cycloaliphatisch, aromatisch oder heterocyclisch sein und können, falls gewünscht, mit nicht störenden Substituenten substituiert sein, wie mit Halogenatom, Hydroxylgruppen, Äthergruppen u.dgl. Sie können monomer oder polymer sein. Vorzugsweise werden Polyglycidyläther verwendet, wie sie durch Veretherung eines mehrwertigen Alkohols oder Polyphenols mit Epichlorhydrin oder Dichlorhydrin in Gegenwart von Alkali zugänglich sind. Die Verbindungen können sich von

Glykolen, wie

Äthylenglykol, Diäthylenglykol,

TriäthylenglykoL13-PropylenglykoL

1,4-Bütandiol, 1,5-Pentandiol, 1,6-Hexandiol,

CH₃

CH₂ -CH-CH₂-|-O-/~Vc ° ' CH₃

2,4,6-Hexantriol, Glycerin und

insbesondere von

Diphenolen bzw. Polyphenolen, wie

Resorcin, Brenzcatechin, Hydrochinon,

1,4-Diphydroxynaphthalin,

Phenol-Formaldehydkondensationsproduktevom

Typus der Resole oder Novolake,

Bis-(p-Hydroxyphenol)- methan,

Bis-(p-hydroxyphenyl)-rnethyl-phenyl-methan,

Bis-(p-hydroxyphenyl)-tolylmethan,

4,4'-Dihydroxydiphenyl,

Bis-(p-hydroxyphenyl)-sulfon und insbesondere

Bis-(p-hydroxyphenyl)-dimethylmethan
ableiten.

Genannt seien vor allem die Polyglycidyläther von Bis-(p-hydroxyph2noyl)-dimethylmethan (Bisphenol A), welche der durchschnittlichen Formel

CH₃

CH₃

:h — CH₂

entsprechen, worin ζ eine ganze oder gebrochene kleine Zahl im Wertbereich von O bis 2 bedeutet.

Es können ferner Gemische aus zwei oder mehreren der oben angeführten Epoxidharze verwendet werden.

Als mehrwertige Phenole kommen im Prinzip die gleichen in Frage, die bei der Herstellung des Epoxidharzes eingesetzt werden.

Als Katalysatoren lassen sich die folgenden Verbindungsklassen bzw. Verbindungen verwenden: Tertiäre Amine, deren Salze oder quaternäre Ammoniumverbindungen, beispielsweise Tris-(dimethylaminomethyl)-phenol, Benzyldimethylamin oder Benzyldimethylammoniumphenolat. Imidazole, wie 2-Äthy!4-methyl-imidazol, Zinn(II)-octat oder Alkalimetallalkoholate, wie beispielsweise Natriumhexylat.

Bei Verwendung von hochreaktivem Phenol kann auf die Katalysatoren verzichtet werden, was insbesondere im Hinblick auf eine unerwünschte Beeinflussung der Härtungsgeschwindigkeit bei der Herstellung der Isolation von Vorteil ist

Die Behandlung des Feinglimmervlieses gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist in folgenden Beispielen 1 bis 3 näher beschrieben:

Beispiel 1

3,90 g von Diglycidyläther des Bisphenol A und 1,10 g Bisphenol A wurden in 100 g Aceton bei Raumtemperatur gelöst. Mit dieser Lösung wird das Feinglimmervlies, welches ein Flächengewicht von 160g/qm hat, bei Raumtemperatur imprägniert und anschließend wäh

rend 16 h bei 160°C getrocknet. Die Zugfestigkeit, gemessen an einem 5 cm breiten Streifen, stieg von l,2kpauf3,0kp.

Beispiel 2

3,90 g von Diglycidyläther des Bisphenol A, 1,10 g Bisphenol A und 0,0015 g Natriummethylat wurden in 100 g Aceton bei Raumtemperatur gelöst. Mit dieser Lösung wurde das Feinglimmervlies bei Raumtemperatür imprägniert und anschließend während 8 h bei 160⁰C getrocknet Die Zugfestigkeit, gemessen an einem 5 cm breiten Streifen betrug unbehandelt 1,4 kp und nach der Behandlung 3,5 kp. Das Flächengewicht des unbehandelten Feinglimmervlieses betrug ebenfalls ^u !60g/qm.

Beispiel 3

3,90 g von Digiycidyläther des Bisphenol A, 1,20 g Hydrochinon und 0,001 g Benzyltrimethylammoniumchlorid wurden in 100 g Methyläthylaceton bei Raumtemperatur gelöst. Mit dieser Lösung wurde ein Feinglimmervlies, welches ein Flächengewicht von 160g/qm hat, bei Raumtemperatur imprägniert und anschließend während 20 h bei 175° C getrocknet. Die Zugfestigkeit, wieder gemessen an einem 5 cm breiten Streifen, betrug unbehandelt 1,3 kp und nach der Behandlung 4,1 kp.

Bei allen diesen Beispielen beträgt der Anteil des im Feinglimmervlies verbleibenden Kunstharzes, je nach dem Porenvolumen des Feinglimmervlieses, 4 bis £■ Gewichtsprozent des behandelten Feinglimmervlieses.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Herstellung eines imprägnierfähigen Wickelbandes zur elektrischen Isolierung von Hochspannungswicklungen, insbesondere solcher für elektrische Maschinen, bestehend aus mindestens einer Schicht eines Feinglimmervlieses, einem zugfesten Trägermaterial und einem Bindemittel, bei welchem das Feinglimmcrvlies mit dem Bindemittel imprägniert und das Bindemittel einem Verdampfungsprozeß unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel eine Lösung verwendet wird, die niedermolekulare, zu einem Kunstharz umsetzbare Stoffe enthält, und daß nach Verdampfung des Lösers im Feinglimmervlies die Umsetzung zu Kunstharz bei Temperaturen bis 200° C erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als zu Kunstharz umsetzbare Stoffe an sich bekannte Epoxidverbindungen und damit durch Polyaddition reagierende Verbindungen verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz im Feinglimmervlies aus der Reaktion zwischen einem Diglycidyläther des Biphenol A mehrwertigen Phenolen entsteht.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das mehrwertige Phenol aus Biphenol A besteht.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz 5,0 Gewichtsprozent des behandelten Feinglimmervlieses nicht übersteigt.