DE3224616A1 - Waermeabstrahlender isolierstoff zur elektrischen isolierung einer elektrischen wicklung - Google Patents
Waermeabstrahlender isolierstoff zur elektrischen isolierung einer elektrischen wicklungInfo
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Description
Wärmeabstrahlender Isolierstoff zur elektrischen Isolierung einer elektrischen Wicklung
Die Erfindung betrifft einen wärmeabstrahlenden ' olierstoff
zur elektrischen Isolierung einer elektrischen Wicklung. Der Isolierstoff wird beispielsweise nach Aushärtung
zur sicheren Halterung von beispielsweise Ständer- und/oder Läuferwicklungen von Elektromotoren in
elektrischen Aggregaten von Automobilen verwendet.
Bei drehenden elektrischen Maschinen wie beispielsweise Elektromotoren von elektrischen Aggregaten in Autoraobilen
weist der Ständer einen Polkörper auf, der ein geschichtetes Teil aus einer Anzahl von siliziumlegierten
Stahlblechen mit einer zylindrischen Ausnehmung zur Aufnahme des Rotors aufweist. Eine Zahl von Schlitzen ist
an der Innenfläche der zylindrischen Ausnehmung des Hohlkörpers angeordnet. Eine elektrisch isolierende Beschichtung
ist an der äußeren Stirnfläche des Polkörpers und .an der inneren zylindrischen Fläche mit den Schlitzen
angeordnet. Eine Statorwicklung ist an dem Polkörper gelagert, an dem die elektrisch isolierende Beschichtung in
den Schlitzen angeordnet ist. Eine über die Ständerwicklung als Überzug aufgebrachte Beschichtung dient zur
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1 Befestigung der Ständerwicklung.
Bei Aggregaten mit einer Ständerwicklung des oben beschriebenen Aufbaues wird bei Stromfluß durch die Ständerwicklung
Wärme erzeugt. Die Wärme wird zum Polkörper durch die elektrisch isolierende Beschichtung geleitet,
oder sie wird in die Luft durch die Beschichtung hindurch, die die Ständerwicklung befestigt,
abgestrahlt. Die Beschichtung, die auch in den Schlit-
10 zen angeordnet ist, kann aus Epoxidpulver, Polyester,
Papier, Harz oder ähnlichem bestehen bzw. diese aufweisen. Die Beschichtung zur Befestigung der Läuferwicklung
besteht im allgemeinen aus Epoxidpulver, Epoxidbeschichtung, PolyerSterbeschichtung, Polyimidbe-Schichtung
oder ähnliches bzw. weist diese Bestandteile auf. Die Teile der Ständerwicklung der oben beschriebenen
Anordnung haben folgende in Tabelle 1 aufgeführte Wärmeleitfähigkeiten.
Teile | Material | Wärmeleitfähigkeit (cal/cm·K·see) |
Polkörper Wicklung Beschichtung |
Eisen Kupfer Kunststoff |
1.5 χ ΙΟ"1 9.2 χ lo"1 3 - 5 χ 10~4 |
Aus Tabelle 1 ist ersichtlich, daß die Wärmeleitfähigkeit
der Beschichtung extrem niedrig verglichen mit derjenigen der anderen Teile der Ständerwicklung ist.
Dies bedeutet, daß die Beschichtung der einzige, wirklich entscheidende Faktor ist, der für das Ansteigen
der Temperatur in der Wicklung verantwortlich ist. Bei einem Elektromotor oder ähnlichem nimmt bei Überhitzung
die Ausgangsleistung aufgrund von Kupferverlusten ab, die aus dem Temperaturanstieg resultieren. Daher muß der
322^616
Wicklungsdraht für die Wicklung wärmebeständig sein, weswegen seine Herstellungskosten hoch sind.
Um diese Probleme zu lösen, ist es vorgeschlagen worden, die Wärmeabstrahlung durch Einmischen feiner Partikel
eines anorganischen Materials, wie beispielsweise AIuminiumoxidpulver
oder Calciumcarbonat, in die Kunstharzmischungzu
verbessern. Wird jedoch eine relativ große Menge feiner Partikel zur Verbesserung der Wärmeabstrahlung
zugegeben, wird die mechanische Festigkeit erniedrigt und die elektrische Isolierfähigkeit verschlechtert.
Insbesondere bei der Verwendung von Calciumcarbonat hat sich gezeigt, daß die erreichbare Warmeabstrahlungswirkung
entweder begrenzt oder aus anderen Gründen unbefriedigend ist.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen wärmeabstrahlenden Isolierstoff zur elektrischen Isolierung
einer elektrischen Wicklung zu schaffen, der eine Überhitzung vermeidet und die Wicklung sicher befestigt
und dabei eine sehr gute elektrische Isolierfähigkeit
aufweist, wenn er für eine Ständer- und/oder Läuferwicklung eines elektrischen Motors für ein Hilfsaggregat
eines Kraftfahrzeuges verwendet wird.
Dies wird im Prinzip erfindungsgemäß durch einen Isolierstoff
erreicht, der in die Form einer Schicht bzw. eines Films gehärtet werden kann und der aus einem Gemisch
von Kunstharz mit einem Füllstoff wie beispiels-O(J
weise einem Metall, einem Metalloxid, einem Nitrid, einem Carbid, od. dgl. besteht bzw. diese Bestandteile
aufweist. Der Füllstoff sollte eine Wärmeleitfähigkeit
— 2
von 1,0 χ 10 cal/cm-K-s oder mehr aufweisen, und sollte weiterhin eine Partikelgröße von 200 /am oder weniger und ein Schüttgewicht von 1,0 bis 3,5 g/cm aufweisen. Magnesiumoxid wird vorzugsweise als Füllstoff verwendet, jedoch sind auch andere Arten von Füllstoffen wie Berylliumoxid, Bornitrid, Eisen, Aluminium,
von 1,0 χ 10 cal/cm-K-s oder mehr aufweisen, und sollte weiterhin eine Partikelgröße von 200 /am oder weniger und ein Schüttgewicht von 1,0 bis 3,5 g/cm aufweisen. Magnesiumoxid wird vorzugsweise als Füllstoff verwendet, jedoch sind auch andere Arten von Füllstoffen wie Berylliumoxid, Bornitrid, Eisen, Aluminium,
3224S16
Kupfer usw. möglich. Das Mischungsverhältnis des Füllstoffes wird derart gewählt, daß sich eine Durchschlagfeldstärke
von 9 kV/mm oder mehr ergibt.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der Isolierstoff
die von der Wicklung erzeugte Wärme in die Luft bei exzellenten Warmeabstrahlungseigenschaften
abstrahlen kann und dabei die Wicklung sicher befestigen kann.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß ein Leistungsabfall bei Überhitzung aufgrund von Kupferverlusten
vermieden werden kann, die aus dem Temperaturanstieg resultieren, und daß auf eine Behandlung zur Erhöhung
15 der Hitzebeständigkeit des Drahtes in einer Wicklung eines Elektromotors oder ähnlichem verzichtet werden
kann.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus" nachfolgender Beschreibung von
Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung.
Es zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Ständers eines Elektromotors,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung eines Teils der Wicklung des Ständers gemäß Fig. 1,
Fig. 3 eine Fig. 2 entsprechende Darstellung der Wicklung des Ständers zur Darstellung der Wärmeabstrahlung,
Fig. 4 ein Diagramm der Wärmeleitfähigkeit als Funktion
der Füllstoffmenge,
Fig. 5 ein Diagramm der Wärmeleitfähigkeit als Funktion
1 der zugefügten Füllstoffmenge,
Fig. 6 ein Diagramm der Wärmeleitfähigkeit, der Fließeigenschaften
und der Schlagfestigkeit als Funktion der Füllstoffmenge,
Fig. 7A eine Draufsicht auf den Ständer eines Zündmagneten, der mit dem erfindungsgemäßen Isolierstoff
versehen ist,
10
10
Fig. 7B eine Schnittdarstellung des Ständers gemäß Fig.
7A entlang der Linie b-b in Fig. 7A,
Fig. IC eine Darstellung eines Teiles der Wicklung des
Ständers gemäß Fig. 7A,
Fig. 8 ein Diagramm des Ausgangsstromes als Funktion
der Umdrehungszahl des Läufers, und
Fig. 9 eine Schnittdarstellung eines Läufers, der mit der erfindungsgemäßen Isolierschicht versehen
ist.
Bei drehenden elektrischen Maschinen wie einem Elektromotor eines Hilfsaggregates für Kraftfahrzeuge weist der
Ständer eine in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausbildung auf. Gemäß Fig. 1 und 2 weist ein Polkörper 11 einen
geschichteten Körper aus einer Zahl von siliciumlegierten Stahlblechen auf und weist eine zylindrische Aus-
nehmung zur Aufnahme des nicht näher dargestellten Läufers
auf. Eine Zahl von Schlitzen 12 ist an der Innenfläche der zylindrischen Ausnehmung des Polkörpers 11
angeordnet. Eine elektrisch isolierende Beschichtung ist an der äußeren Stirnfläche des Polkörpers 11 und
an der zylindrischen Innenfläche mit den Schlitzen 12 angeordnet. Eine Ständerwicklung 14 ist an dem Polkörper
11 gelagert, der mit der elektrisch isolierenden Beschichtung 13, die in den Schlitzen 12 angeordnet ist,
versehen ist. Eine elektrisch isolierende Beschichtung 15 ist als Überzug über die Ständerwicklung 14 aufgebracht
und befestigt die Ständerwicklung 14.
Bei Maschinen mit einer Ständerwicklung der oben beschriebenen Ausbildung, entsteht Wärme beim Fließen
von Strom durch die Ständerwicklung 14, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Die Wärme wird zum Polkörper 11
durch die Beschichtung 13 hindurchgeleitet oder sie wird
10 in die Luft durch die Beschichtung 15 zur Befestigung
der Ständerwicklung 14 abgestrahlt. Die Beschichtung 13, die auch in den Schlitzen 12 angeordnet ist, kann aus
Epoxidpulver, Polyester, Papier, Harz oder ähnlichem bestehen bzw. diese aufweisen. Die Beschichtung 15
zur Befestigung der Ständerwicklung 14 besteht aus Expoxidpulver, Epoxidbeschichtung, Polyesterbeschichtung, PoIyimidbeschichtung
oder ähnlichem oder weist diese auf.
Der Isolierstoff dieses Beispieles besteht im wesentlichen aus Epoxidharz und wird in der unten näher beschriebenen
Art und Weise hergestellt und als Überzug verwendet.
Zu einem Gemisch von Epoxidharz (beispielsweise Epicoat 1004 oder 1007, was von der Firma Shell Chemical Inc.
angeboten wird) und einem Härter für das Epoxidharz (beispielsweise Imidazol) wurden ein Farbstoff bzw. Beschwerungsmittel,
ein thixotrope Eigenschaften erzeugendes Mittel (beispielsweise feine Partikel von kolloidaler
Kieselerde) und ein Verlaufmittel (beispielsweise Acryl-Oligomer) zugefügt, um eine in der Wärme aushärtende
Kunstharzmischung herzustellen. 30 Gew.-% eines weiter
35 unten näher zu beschreibenden Füllstoffes wurden zu
100 Gew.-% der in der Wärme aushärtenden Kunstharzmischung zugegeben. Das sich daraus ergebende Gemisch
wurde bei einer Temperatur zwischen 70 und 130°C ge-
wurde bei einer Temperatur zwischen 70 und 130°C ge-
2224646
1 knetet, schnell gekühlt und dann pulverisiert. Der Füllstoff kann Aluminium sein.
Eine elektrisch isolierende Beschichtung wurde durch Aufbringen und Aushärten der so erhaltenen Pulverbeschichtung
geformt. Die Beschichtung hat eine Wärmeleit-
-4
fähigkeit von 10 χ 10 cal/cnrK-s und ergab eine zufriedenstellende
elektrische Isolierfähigkeit. Zusätzlich wies die Beschichtung eine Durchschlagsfeldstärke
2Q von 9 kV/mm oder mehr auf.
Beispiele 2 bis 9
Das Mischungsverhältnis der in der Wärme aushärtenden jg Kunstharzmischung blieb dasselbe wie beim Beispir^ 1;
die Art und die Menge des Füllstoffes, der zugegeben wurde, änderten sich jedoch, 70 Gew.-% Aluminium wurden
als Füllstoff beim Vergleichsbeispiel A, 3O Gew.-% Kupfer wurden als Füllstoff beim Beispiel 2 und Titanoxid
wurde als Füllstoff beim Beispiel 9 zugegeben.
Die Arten und Mengen der in den Beispielen 1 bis 9 verwendeten Füllstoffe sind in Tabelle 2 bei den mit 1 bis
9 numerierten Beispielen zusammen mit den Eigenschaften der sich ergebenden elektrisch isolierenden Beschichtungen
aufgeführt. Die Beispiele A bis F in Tabelle 2 sind Vergleichsbeispiele und gehören nicht zu den Beispielen
der vorliegenden Erfindung.
Wie aus Tabelle 2 ersichtlich ist, ist bei Zugabe einer Aluminiummenge von 30 Gew.-% als Füllstoff die Wärme-
-4 leitfähigkeit der Beschichtung 10 χ 10 cal/cm'K's,
was für eine isolierende Beschichtung für die Wicklung eines elektrischen Hilfsaggregates für Kraftfahrzeuge
zufriedenstellend ist. Die isolierende Beschichtung weist darüber hinaus eine gute Durchschlagfeldstärke
von 9 kV/mm oder mehr auf. Wenn jedoch die Menge an Aluminium 70 Gew.-% überschreitet, verschlechtert sich
Bei spiel |
Art des Füllstoffes |
Anteil (Gew.-%.) |
Wärmeleitfähigkeit der isolierenden Beschichtung (cal/cm-Ki see) |
Probleme |
1 A 2 3 4 5 6 B 7 8 C 9 D E F |
Aluminum Aluminum Kupfer Borkarbid Berylliumoxid Magnesiumoxid Magnesiumoxid Magnesiumosid Aluminiumoxid Aluminiumoxid Aluminiumoxid Titanoxid Siliziumoxid Siliziumoxid KaIzxumkarbonat |
30 70 30 60 60 30 75 90 60 80 90 60 60 70 80 |
10 x 10~4 39 χ 10"4 10 χ 10~4 17 χ 10~4 20 x 10"4 9.0 x 10"4 23 χ 10~4 30 χ 10~4 10.5 x 10~4 17 χ 10~4 22 χ 10"4 9.2 χ 10"4 8.5 x 10"4 11 x 10~4 8.7 x 10~4 |
keine Isolierfähigkeit (6 kV/mm) keine keine keine keine keine Brüchig (Du Pont-Schlag- versuch: 15 cm) keine keine Brüchig (Du Pont-Schlag- versuch: 10 cm) keine schlechte V.'ärmeab- strahlung ■Brüchig (Du-Pont-Schlag- versuch: 15 cm) schlechte Wärmeab- strahlunq |
die Isolierfähigkeit. Daher muß die Menge an Aluminium
so dosiert werden, daß die Durchschlagsfeldstärke 9 kV/mm oder mehr betragen kann.
Falls Magnesiumoxid in einer Menge von 90% als Füllstoff,
zugegeben wird, wird die Beschichtung spröde und weist eine geringere Schlagfestigkeit auf.
Wenn Kalziumkarbonat, was üblicherweise als Füllstoff verwendet wird, in einer Menge von 80 Gew.-% zugegeben
wird, weist die sich ergebende Beschichtung eine unbefriedigende Wärmeleitfähigkeit auf und kann die von der
Wicklung erzeugte Wärme nicht abstrahlen. Kalziumkarbona
K-s.
K-s.
bonat hat eine Wärmeleitfähigkeit von 6 χ 10 cal/cm·
Die Beispiele,die in der Spalte "Probleme" mit dem Wort
"keine" versehen sind, sind als wärmeabstrahlende isolierende Beschichtung für eine Wicklung eines Wechsel-Stromgenerators
oder eines Zündmagneten in elektrischen Aggregaten für Kraftfahrzeuge zufriedenstellend geeignet.
Die Auswertung basierte auf den Ergebnissen der im Rahmen der
Erfindung durchgeführten Experimente; jeder Prüfkörper,
der mit "keine" in der Spalte "Probleme" bezeich-
25 net worden ist, hatte eine Wärmeleitfähigkeit von
-4
9 χ 10 cal/cm·K*s oder mehr, eine Schlagfestigkeit von 20 cm oder mehr, eine Durchschneidefestigkeit von 2 5Ο bis 45O°C, eine Wärmeverformungstemperatur von 100 bis 140°C, eine Haftfestigkeit gegen Abscherung von 100 bis 260 kg/cm , einen spezifischen Widerstand
9 χ 10 cal/cm·K*s oder mehr, eine Schlagfestigkeit von 20 cm oder mehr, eine Durchschneidefestigkeit von 2 5Ο bis 45O°C, eine Wärmeverformungstemperatur von 100 bis 140°C, eine Haftfestigkeit gegen Abscherung von 100 bis 260 kg/cm , einen spezifischen Widerstand
von 1 χ 10 λ ■ cm oder mehr und eine Durchschlagfeldstärke
von 9 kV/mm oder mehr.
Aus .den durchgeführten Versuchen ergab sich, daß die
Anforderung von "keine" in der Spalte "Probleme" zufriedenstellend erfüllt ist, wenn ein passender Betrag
an Füllstoffen gewählt wurde und wenn der Füllstoff aus der Gruppe der Stoffe Aluminium, Kupfer, Borkarbid,
3224&Ϊ6
γ Berylliumoxid, Magnesiumoxid und Titanoxid stammte.
Bei den Prüfkörpern, bei denen Magnesiumoxid als Füllstoff verwendet worden ist, konnte eine zufrieden-,-stellende
Wärmeleitfähigkeit mit einem geringeren Gewichtsanteil erreicht werden, als im Falle der Verwendung
von Aluminium als Füllstoff wie bei den Beispielen 7 und 8. Daher ist Magnesiumoxid ein hervorragender
Füllstoff.
Fig. 4 zeigt ein Diagramm der Wärmeleitfähigkeit als
Funktion der Füllstoffmenge, wenn der Füllstoff Magnesiumoxid
(MgO), Aluminiumoxid (Al„0_), Siliziumoxid (SiO2)
oder Kalziumkarbonat (CaCO3) ist. Aus dem Graphen der ■ic Funktion ist zu ersehen, daß Aluminiumoxid der isolierenden
Beschichtung eine höhere Wärmeleitfähigkeit verleiht
als Siliziumoxid und Kalziumkarbonat, jedoch eine niedrigere Wärmeleitfähigkeit als bei der Zugabe von
Magnesiumoxid.
Zur Verminderung der Behinderung der Wärmeleitung an
den Grenzflächen zwischen dem hitzehärtbaren Kunstharz und dem Füllstoff besitzt der Füllstoff eine maximale
Partikelgröße von 200 um und weist eine Verteilung der Partikelgröße auf, die eine geringe Gesamtoberfläche
ergibt.
Fig. 5 zeigt ein Diagramm der Wärmeleitfähigkeit als
Funktion der Verteilung der Partikelgröße des Füll-30 stoffes, wenn Magnesiumoxid als Füllstoff verwendet
wird.
Gemäß Fig. 5 entsprechen die charakteristischen Kurvenverläufe A bis D den Sorten A bis D,die im folgenden
erläutert werden:
Sorte A: 200 pm maximale Partikelgröße, 3,5 g/cm Schüttgewicht.
32246f6 I : : '■■ '■- : -O.:..
/3
Sorte B: 150/um maximale Partikelgröße, 2 g/cm Schüttgewicht
.
Sorte C: 50 yum maximale Partikelgröße, 1 g/cm Schüttgewicht.
Sorte D: 15 ^m maximale Partikelgröße, 0,45 g/cm Schüttgewi
cht.
10 Wenn, der Füllstoff eine maximale Partikelgröße von
200 /im oder mehr aufweist, ergibt sich eine rauhe Oberfläche
der als Überzug aufgebrachten Beschichtung aufgrund von großen Partikeln, wenn die Dicke der Schicht
ungefähr 0,3 mm wie beim üblichen Verfahren ist.
Die isolierenden Schichten in den Beispielen 1 bis 9 würden mittels des bekannten Pulver-Beschichtungs-Verfahren
geformt. Das als Überzug aufgebrachte Pulver muß eine Partikelgröße, ein spezifisches Gewicht und
Fließeigenschaften aufweisen, welche innerhalb vorbestimmter Bereiche liegen. Dies wird im weiteren näher
beschrieben.
(A) Partikelgröße des Pulverüberzugs 25
Ein Pulverüberzug mit einer Partikelgröße von 60 mesh gemäß JIS wurde verwendet. Ein Pulverüberzug, der gröber
als 60 mesh ist, weist ein schlechtes Fließverhalten
während der Beschichtung auf. 30
(B) Schüttgewicht
Ein Pulverüberzug wurde verwendet, welcher ein Schüttgewicht von 0,3 bis 0,9 g/cm aufwies, wobei zur Messung
des Schüttgewichtes die allgemeine Testmethode K 6911 gemäß JIS angewendet wurde. Ein Pulverüberzug, der
ein volumenspezifisches Gewicht außerhalb dieses Bereiches
aufweist, hat ein schlechtes Fließverhalten
322Λ618 ;
während der Beschichtung.
(C) Fließverhalten
(C) Fließverhalten
a) Fließverhalten auf horizontaler Ebene (betrifft nur das Beschichten der Schlitze mit einem Überzug, der
auf Flächen von Metallteilen aufgebracht wird, die Wicklungen kapseln und halten).
IQ Der Pulverüberzug in einer Menge von 0,5 g wird unter
einem Druck von 20 kp/cm gepreßt, um ein Pellet herzustellen,
das einen Durchmesser von 13 mm und eine Dicke von ungefähr 2,5 mm aufweist. Ein solches Pellet
wird auf einer ebenen polierten Stahlplatte angeord-
net, die auf 140°C vorgeheizt ist, und daß Pellet wird für 20 bis 30 Minuten auf diese Temperatur erwärmt.
Nach dem Abkühlen wird der durchschnittliche Durchmesser gemessen und das Fließverhalten wird aus
folgender Gleichung erhalten:
DurchschnittIi- Durchschnittlicher eher Pelletdurch- Pelletdurchmesser
messer nach dem - vor dem Erwärmen
Fließverhalten = x 100
Pelletdurchmesser vor dem Erwärmen 25
Die nachstehende Tabelle 3 zeigt die Beziehung zwischen dem Fließverhalten in Prozent, das auf diese Art
und Weise bestimmbar ist und das äußere Erscheinungsbild der isolierenden Beschichtung.
30
Wie aus Tabelle 3 ersichtlich ist, ist ein Pulverüberzug mit einem Fließverhalten von 4 bis 16% als isolierende
Beschichtung für einen Schlitz geeignet.
b) Fließverhalten auf einer in 45° geneigten Ebene
(betrifft den die Wicklung festhaltenden Pulverüberzug, der zwischen die Drähte einer Wicklung eingefüllt
oder über diese geformt wird)
co ο
cn
Fließverhalten (%) | 2 | 4 | 6 | 8 | 10 | 12 | 14 | 16 | 18 | 20 |
äußeres Er scheinungsbild |
zufrieden stellend |
gut | gut | gut | gut | gut | gut | gut | .zufrie denstel lend |
Schlecht |
Bemerkungen | rauhe Oberfläche |
— | — | — | — | — | — | — | Beschichtung geht aus der Form |
Ein Pellet, das auf die gleiche Weise wie dasjenige in Punkt a) hergestellt worden ist, wird auf einer
polierten Stahlplatte angeordnet, die auf 150°C vorgeheizt und um 45° geneigt ist, und wird auf diese
Temperatur für 20 bis 30 Minuten aufgeheizt. Nach dem Abkühlen wird in Fließrichtung die maximale Länge
gemessen, wonach das Fließverhalten auf 45° geneigter Ebene, im folgenden kurz als 45°-Fließverhalten
bezeichnet, aus folgender Gleichung erhalten wird:
Maximale Länge Pelletdurchmesin Fließrich- ser vor dem Ertung
nach dem Er- - wärmen wärmen
45°-Fließverhalten =
Pelletdicke vor dem Erwärmen
Falls das auf diese Weise erhaltene 4 5°-Fließverhalten
unterhalb von 1,5 liegt, ist das Ausfüllverhalten des
Isolierstoffes in dem Spalt zwischen den Wicklungswindungen schlecht, wodurch sich nur eine niedrige
2Q Haltefestigkeit der Wicklung ergibt.
Die isolierende Beschichtung muß nach dem Aushärten eine Schlagfestigkeit, eine Wärmeverformungstemperatur,
eine Haftfestigkeit gegen Abscherung, einen spezifischen Widerstand, eine Durchschlagfeldstärke
und eine Wärmeleitfähigkeit aufweisen, die innerhalb
vorbestimmter Bereiche liegen. Diese vorbestimmten Bereiche sind gemäß den im Rahmen dieser Erfindung
durchgeführten Versuchen wie folgt festgelegt worden.
(D) Schlagfestigkeit
Der Pulverüberzug wird in einer Dicke von 0,3 bis 0,5 mm auf eine Platte aus niedrig gekohltem Stahl (S15C, 12 χ
12 χ 100) als Überzug aufgebracht und wird ausgehärtet.
Die Schlagfestigkeit der sich ergebenden isolierenden Beschichtung wird im Du Pont-Schlagv.ersuch (1/8 Zoll
Kopf und 500 g Prüflast) gemessen.
ν*
Bei einer Beschichtung, die einen Du Pont-Schlagversuchs
wert von weniger als 20 cm aufweist, sind Risse oder Abplatzungen während des Windens aufgrund der Drahtspannung
entstanden. Da dies eine fehlerhafte Erdung zur Folge hat, ist die Beschichtung für eine Wicklung
vorzugsweise ein Pulverüberzug mit einer Schlagfestigkeit von 20 cm und mehr.
(E) Durchschneidefestigkeit (Erweichung bei erhöhten 10 Temperaturen)
Der Pulverüberzug wird in einer Dicke von 0,3 bis 0,5 mm
auf zwei Drittel einer Gesamtoberflache einer rechteckigen
Stange aus niedrig gekohltem Stahl (S15C, 12 χ 12 χ
100) als Überzug aufgebracht. Nach dem Aushärten d _
Beschichtung, wird ein blanker Kupferdraht von 0,4 mm Durchmesser auf die ausgehärtete Beschichtung gewickelt
und eine Last von 250 g wird auf sie ausgeübt. Die Temperatur wird mit einer Geschwindigkeit von 30C pro
Minute erhöht und die kritische Temperatur ist diejenige, bei der die Beschichtung durchtrennt wird. Ein Pulverüberzug
mit einer Durchschneidefestigkeit von 260 bis 45O°C stellt eine bevorzugte Ausführungsform dar.
Wenn die Beschichtung eine Durchschneidefestigkeit unter 26O°C aufweist, wird sie beim Erhitzen zur Befestigung
der Wicklung weich. Dann erstreckt sich der Draht in die Beschichtung und eine fehlerhafte Erdung ist die Folge.
Wenn ein Epoxidharz mit einem Wärmewiderstand von 45O°C oder einem höheren verwendet wird, wird die sich ergebende
Beschichtung brüchig und die Anforderungen an die Schlagfestigkeit gemäß Punkt (D) werden nicht zufriedenstellend
erfüllt.
35 (ρ) Wärmeverformungstemperatur
Ein Pulverüberzug mit einer Wärmeverformungstemperatur
(HDT), die gemäß JIS K 6911 gemessen wurde, hat als be-
vorzugte Werte 100 bis 140°C. Wie im Falle des vorhergehenden Punktes (E) erfüllt ein Pulverüberzug mit einer
HDT außerhalb dieses Bereiches die Anforderungen an die Schlagfestigkeit nicht zufriedenstellend.
(G) Haftfestigkeit gegen Abscherung
Auf entfettete Prüfkörper (SPCC-SD, 100 χ 15 χ 1) wird Pulver unter einem Druck von 1 kg/(15 χ 10 mm) aufgebracht.
Die Haftfestigkeit gegen Abscherung wird mit einer Zuggeschwindigkeit von 5 bis 20 mm/min gemessen.
Ein Pulverüberzug mit einer Haftfestigkeit gegen Abscherung von 100 bis 260 kg/cm ist bevorzugt. Wenn
die Haftfestigkeit gegen Abscherung unterhalb von 100 kg/
2
cm liegt, kann eine zufriedenstellende Haftfestigkeit
cm liegt, kann eine zufriedenstellende Haftfestigkeit
unter Abscherung nicht erreicht werden.
(H) Spezifischer Widerstand und Durchschlagfeldstärke
Ein Prüfkörper wird durch Aufbringen eines Pulverüberzuges auf eine Platte aus niedriggekohltem Stahl (SBCC-RD,
60 x 60 χ 1) mit einer Dicke von 0,3 bis 0,5 cm vorbereitet. Ein Pulverüberzug mit einer Isolierfähigkeit,
die die Qualität des elektrischen Aggregates nicht be-
einträchtigt (spezifischer Widerstand von 1 χ 10 Sl - cm
oder mehr) und mit einer Durchschlagfeldstärke gemäß JIS K 6911 von 9 kV/mm oder mehr ist bevorzugt. Wenn die
Isolierfähigkeit und die Durchschlagfeldstärke unterhalb
dieser Werte liegen, kann die Anforderung an den rechnerischen Verluststrom bei Anlegen einer Wechselspannung
von 1200 V für Automobile nicht befriedigend erfüllt werden.
(I) Wärmeleitfähigkeit
35
35
Ein Probenkörper wird durch Formen eines Pulverüberzuges in einer auf 100 bis 1500C erwärmten Form, durch
Wärmen auf 200°C für ungefähr 1 Stunde und vollständiges
Härten hergestellt, um eine Scheibe von 35 mm Durchmesser
und 3 mm Dicke zu erhalten. Die Wärmeleitfähigkeit des Probenkörpers wird mittels einer Meßvorrichtung
(Modell SS-TC-33, das von der Firma Shibayama Kiki Seisakusho angeboten wird) gemessen. Ein Pulverüberzug
einer Wärmeleitfähigkeit von 9 bis 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform.
-4 mit einer Wärmeleitfähigkeit von 9 bis 30 χ 10 cal/cm-
Wenn die Wärmeleitfähigkeit unterhalb der unteren Grenze
-,Q liegt, ist die Wärmeabstrahlungswirkung schlecht. Wenn
die Wärmeleitfähigkeit oberhalb der oberen Grenze liegt, wird die zugegebene Füllstoffmenge zu groß. Als Ergebnis
davon wird die Beschichtung spröde, was zu häufigen Rissen oder Abplatzungen führt, die schlechtere Isolierfähigkeit
zur Folge haben.
Von den verschiedenen vorangehenden beschriebenen Eigenschaften
sind die Beziehungen zwischen der zugegebenen Füllstoffmenge und der Wärmeleitfähigkeit, der Schlagfestigkeit
und dem Fließverhalten des Pulverüberzuges in Fig. 6 dargestellt.
Der verwendete Füllstoff ist Magnesiumoxid, die Partikelgröße beträgt 150 /im oder weniger und das Schüttgewicht
beträgt 2 g/cm . Wenn der Füllstoff innerhalb des mittels der gestrichelten Linien in Fig. 6 bezeichneten Bereiches
liegt, der einem Bereich von 30 bis 80 Gew.-% entspricht, ergeben sich praktisch annehmbare Eigenschaften
der isolierenden Beschichtung.
Gemäß Fig. 6 entspricht die Kurve A dem horizontalen Fließverhalten, die Kurve B der Wärmeleitfähigkeit und
die Kurve C der Schlagfestigkeit.
In den oben erläuterten Beispielen 1 bis 9 werden Pulverüberzüge verwendet, die im wesentlichen aus Epoxidharz
bestehen. Jedoch können auch andere Harze und andere Beschichtungsverfahren verwendet werden. Dies wird unter
3224&T& ΟΛ
Bezugnahme auf die Beispiele 10 bis 12 beschrieben. Beispiel 10
Dem Vorgehen aus Beispiel 1 wird im wesentlichen gefolgt,
mit der Ausnahme, daß ein Polyester-Pulverüberzug anstatt eines Epoxidharz-Pulverüberzuges verwendet wird.
Genauer gesagt werden 30 bis 80 Gew.-% eines wärmeleitenden Füllstoffes (ein Pulver aus Magnesiumoxid, Berylliumoxid,
Bornitrid, Eisen, Aluminium, Kupfer, Borkarbid, Titanoxid oder ähnliches) mit einer Wärmeleitfähigkeit
— 2
von 1,0 χ 10 cal/cm ■ K ■ s oder mehr zu einem Gemisch aus Polyesterharz (Byron GV23O oder GVlOO erhältlich von der Firma Toyobo Co., Ltd., ER82OO oder ER6610 erhältlieh von der Firma Nihon Gosei Kagaku K.K., oder ähnliches) mit einem Härter für das Polyersterharz (Epicoat 1004 erhältlich von Shell Chemical Inc., ein Isocyanatharz oder ähnliches) zugegeben. Ein thixotrope Eigenschaften erzeugendes Mittel und ein Verlaufmittel werden zugegeben und das sich ergebende Gemisch wird bei einer Temperatur zwischen 70 und 1300C geknetet. Das Gemisch wird dann schnell abgekühlt und mittels üblicher Verfahren in ein Pulver pulverisiert.
von 1,0 χ 10 cal/cm ■ K ■ s oder mehr zu einem Gemisch aus Polyesterharz (Byron GV23O oder GVlOO erhältlich von der Firma Toyobo Co., Ltd., ER82OO oder ER6610 erhältlieh von der Firma Nihon Gosei Kagaku K.K., oder ähnliches) mit einem Härter für das Polyersterharz (Epicoat 1004 erhältlich von Shell Chemical Inc., ein Isocyanatharz oder ähnliches) zugegeben. Ein thixotrope Eigenschaften erzeugendes Mittel und ein Verlaufmittel werden zugegeben und das sich ergebende Gemisch wird bei einer Temperatur zwischen 70 und 1300C geknetet. Das Gemisch wird dann schnell abgekühlt und mittels üblicher Verfahren in ein Pulver pulverisiert.
Der auf diese Weise erhaltene Pulverüberzug aus wärmeleitfähigen Polyesterharz weist eine Partikelgröße, ein
Schüttgewicht, eine Wärmeleitfähigkeit, eine Schlagfestigkeit, eine Durchschneidefestigkeit, eine Wärmeverformungstemperatur,
eine Haftfestigkeit gegen Sche-
^O ren, einen spezifischen Widerstand, eine Durchschlagfeldstärke
usw. auf, welche innerhalb der Bereiche des oben beschriebenen Pulverüberzuges aus wärmeleitfähigem
Epoxidharz liegen. Der Pulverüberzug aus wärmeleitfähigem
Polyesterharz hat jedoch im allgemeinen eine längere
"° Aushärtezeit und eine schlechtere Haftfestigkeit gegen
Abscherung als der Pulverüberzug aus wärmeleitfähigem
Epoxidharz .
1 Beispiel 11
Dem Vorgehen gemäß Beispiel 1 wird im wesentlichen gefolgt,
mit der Ausnahme, daß ein Pulverüberzug aus c Acrylharz anstatt des Pulverüberzuges aus Epoxidharz
verwendet wird. Genauer gesagt, werden 30 bis 80 Gew.-% eines wärmeleitfähigen Füllstoffes mit einer Wärmeleit- .
fähigkeit von 1,0 χ 10 cal/cm · K · s (Magnesiumoxid, Berylliumoxid, Bornitrid, Eisen, Aluminium, Kupfer, Borkarbid,
Titanepoxid oder ähnliches) einem Gemisch eines Acrylharzes (beispielsweise Almatix TD-6100
bis 6400 erhältlich von Mitsui Taoatsu Chemicals, Inc.) mit einem Härter für das Acrylharz (Dicarbonsäure, einem
Melaminharz oder ähnliches) zugefügt. Ein thixotrope Eigenschaften erzeugendes Mittel, ein Verlaufmitte.' and
ein Mittel zur Verbesserung der Schlagfestigkeit (beispielsweise ein Epoxidharz) werden dem Gemisch beigegeben.
Das sich ergebende Gemisch wird bei einer Temperatur zwischen 70°C und 130°C geknetet .und dann schnell abgekühlt
und mittels üblicher Verfahren in ein Pulver pulverisiert.
Der auf diese Weise erhaltene Pulverüberzug aus wärmeleitf ähigem Acrylhaz weist die verschiedenen Eigenschaften
auf, die im Bereich derjenigen Eigenschaften des oben beschriebenen Pulverüberzuges aus wärmeleitfähigem Epoxidharz
liegen.
Der Pulverüberzug aus Acrylharz .weist im allgemeinen jedoch
eine Haftfestigkeit gegen Scherung auf, welche schlechter ist als diejenige des Pulverüberzuges aus
wärmeleitfähigem Epoxidharz.
Ein in den Beispielen 1 bis 11 beschriebenes Aufbringen der wärmeleitfähigen Pulverüberzüge kann mittels üblicher
Beschichtungsverfahren durchgeführt werden, wie beispielsweise dem Wirbeltauchverfahren, elektrostatischen Wirbeltauchverfahren,
elektrostatischen Sprühverfahren und Sprühverfahren.
3*5
1 Beispiel 12
Ein flüssiges Harz wurde anstatt des Pulvers der vorangegangenen Beispiele verwendet. Ein flüssiges Harz (beispielsweise
ein Epoxidharz oder ein Polyesterharz) wurde einem wärmeleitfähigen Füllstoff zugegeben, um eine isolierende
Beschichtung wie in den vorangegangenen Beispielen herzustellen.
Genauer gesagt, wurden 30 bis 80 Gew.-% eines Füllstoffes mit einer Wärmeleitfähigkeit von 1,0 χ 10 cal/cm-K · s
oder mehr (beispielsweise Magensiumoxid erhältlich von Tomita Pharmaceutical Co., Inc.) einer Mischung aus
100 Gewichts-% Epoxidharz (Epicoat 828 erhältlich von
15 Shell Chemical Inc.) mit einer Epoxid-äquivalenten Menge von 100 bis 300 und einem Molekulargewicht von
250 bis 470 zugegeben; 8O Gewichtsanteile eines Säureanhydrids (MHAC-L erhältlich von Hitachi Chemical Co.,
Ltd.) werden als Härter für das Epoxidharz zugegeben;
20 3 Gewichtsteile eines Härtungsbeschleunigers für das
Epoxidharz (EMI erhältlich von Shikoku Chemical Corporation) werdenizugegeben; und 0 bis 20 Gewichtsteile eines
Gelierungsmittels (Aerozyl 200 erhältlich von Nihon Aerozyl K.K.) werden zugegeben. Ein Pigment bzw. Beschwerungsmittel
wurden dem sich ergebenden Gemisch zugegeben und wurde mittels üblicher Mischeinrichtungen gut vermischt.
Die Menge an thixotrope Eigenschaften erzeugenden Mitteln hängt vom Anwendungsbereich ab (ob die Isolierung für die
Schlitze oder für die Wicklungsbefestigung vorgesehen ist), von der Form des herzustellenden Produktes (Durchmesser
und die Wicklungsart des Drahtes), der Menge des zugegebenen Füllstoffes usw.. Die Menge an thixotrope
Eigenschaften erzeugenden Mitteln ist vorzugsweise 3 bis 20 Gewichtsteile für die Isolierung von Schlitzen,und ist
vorzugsweise 0 bis 6 Gewichtsteile für die Befestiung der Wicklung. Das Aufbringen des Isolierstoffes kann
1 mittels üblicher Methoden wie mittels Tauchverfahren
oder Auftropfverfahren durchgeführt werden.
Anwendungsbeispiele werden im folgenden beschrieben, bei denen der Isolierstoff, der gemäß den im vorangehenden
beschriebenen Beispielen hergestellt worden ist, bei elektrischen '!.Hilfsaggregaten von Kraftfahrzeugen angewendet
worden ist.
10 Anwendungsbeispiel 1
Ein Isolierstoff wurde für ein Motorrad verwendet. Nach Vorwärmung des Polkörpers des Ständers für einen Zündmagneten
auf 180 bis 24O°C, wurde dieser mit einem Pulverüberzug in einer Dicke von 0,4 bis 0,5 mm für die S litzisolierung
beschichtet. Nach Aushärtung und Abkühlung wurde der Wicklungsdraht gewunden. Der Polkörper wurde wieder
auf 160 bis 2000C vorgewärmt und wurde mittels des Wirbeltauchverfahrens
mit einem die Spule festlegenden wärmeleitfähigem Pulverüberzug beschichtet. Die Beschichtung
wurde ausgehärtet, um die Wicklung ^festzulegen und um eine isolierende Beschichtung zu bilden.
Der Ständer des Zündmagneten, der auf diese Art und Weise behandelt worden ist, ist in den Fig. 7A, 7B und 7C dargestellt,
in denen der Polkörper mit 11, die isolierende Beschichtung mit 13, die Spule mit 14 und der Isolierstoff
mit 15 bezeichnet ist. Tabelle 4 zeigt die mittels der Erfindung erzielbare Abkühlung des Ständers des Zünd-
^ magneten ausgedrückt in der Wicklungstemperatur.
Die Isolierstoffe für den Schlitzbereich in den Tests Nr. 1 bis Nr. 4 sind übliche Pulver und die Isolierstoffe
zur Wicklungsbefestigung in den Tests 1 und 2 sind auch übliche Pulver. Obwohl der Testkörper in Test 9 keine
Probleme aus den Meßdaten erkennen läßt, zeigte der Isolierstoff mäßige Abplatzungen und eine von 6 Wicklungen
verursachte fehlerhafte Erdung. Aus diesem Grund wurde das Pulver des Tests Nr. 9 als "schlecht" bewertet.
Aus wertung |
Ver such Nr. |
Isolierstoff für Schlitzbereich (cal/cm·K"see). |
Isolierstoff für Wicklungsbe festigung (cal/cm·K·see) |
durchschnitt liche Wick lungstempera tur bei ASSY-Test (0C) |
Temperaturabfall im Vergleich zu Versuch Nr. 1 (0C) |
gut oder schlecht |
1 | 4 χ ΙΟ"4 | 3 χ ΙΟ"4 | 235 | 0 |
schlecht | 2 | 4 x 10~4 | 7 x 10"4 | 231 | 4 |
schlecht | 3 | 4 x 10~4 | 9 χ 10"4 | 229 | 6 |
gut | 4 | 4 χ 10~4 | 12 χ 10"4 | 224 | 11 |
gut | * 5 | 12 χ 10~4 | 3 χ 10~4 | 228 | 7 |
gut | 6 | 9 χ 10~4 | 9 χ 10~4 | 224 | 11 |
gut | 7 | 12 χ 10"4 | 12 xlO"4 | 220 | 15 |
gut | 8 | 20 χ 10"4 | 20 χ 10~4 | 207 | 28 |
gut | 9 | 30 χ 10~4 | 30 χ 10"4 | 201 | 34 |
schlecht I |
Wie aus Tabelle 4 ersichtlich ist, kann mittels der Isolierstoffe,
die gemäß den zur Erfindung gehörenden Beispielen hergestellt worden sind, die Temperatur der
Wicklung des Ständers für einen Zündmagneten um maximal
5 280C gegenüber derjenigen abgesenkt werden, die bei
Verwendung von üblichen Isolierstoffen entsteht. Bessere Ergebnisse können erhalten werden, wenn der Isolierstoff
zur Wicklungsbefestigung verwendet wird.
Nachdem ähnliche Test für ein wärmeleitfähiges flüssiges Harz gemäß Beispiel 12 durchgeführt worden sind, haben
sich ähnliche Ergebnisse, wie sie in Tabelle 4 aufgelistet sind, ergeben. Jedoch war der Pulverüberzug bezüglich
Verarbeitbarkeit und Arbeitsbedingungen besser als flüs-
15 sige Beschichtung.
Anwendungsbeispiels 2
Ein Isolierstoff wurde für den Ständer eines Wechsel-Stromgenerators
verwendet. Nachdem die Ständer des Wechselstromgenerators auf eine Temperatur von 130 bis 24O°C
vorgeheizt wurden, wurden sie mit einem Pulverüberzug für den Schlitzbereich durch Aufsprühen einer Schicht
einer Dicke von 0,1 bis 0,15 mm und 0,3 bis 0,5 mm beschichtet. Nach der Aushärtung und der Abkühlung wurde
die Wicklung auf den Ständer gewickelt. Nach einem weiteren Vorheizen der Ständer auf 140 bis 22O°C wurden sie
mittels Aufsprühen mit einem wärmeleitfähigen Pulverüberzug
zur Befestigung der Wicklung versehen. Die Kühlwirkung der Wicklung des derart behandelten Wechselstromgenerators
ist in Tabelle 5 ausgedrückt in der Ausgangsleistung des Wechselstromgenerators dargestellt. Wie aus
Fig. 8 ersichtlich, wird der Wechselstromgenerator mit einer Drehzahl von 1500 Umdrehungen pro Minute bei diesem
Anwendungsbeispiels betrieben, da der Unterschied in der Ausgangsleistung und den Zeitbereichen hoher Temperatur ?·
der Wicklung des Ständers des Wechselstromgenerators ausgeprägter ist, wenn der Wechselstromgenerator mit einer
niedrigen Drehzahl rotiert, als wenn er mit einer hohen Drehzahl rotiert.
Aus wertung |
Ver such Nr. |
Isolierstoff für Schlitzbereich |
Schicht dicke (mm) |
Isolierstoff für Wicklungsbefestigung |
Schicht dicke (mm) |
Wechselstrom generator: 1500 U/min |
Tempera- . türabfall im Vergl- zu Versuch Nr. 1 (A) |
schlecht gut gut gut gut gut gut schlecht |
l' 2 3 4 5 6 7 8 |
(cal/cm-K's) | 0.3 - 0.5 0.3 - 0.5 0.3 - 0.5 0.3 - 0.5 0.1 - 0.15 0.1 - 0.15 0.3 - 0.5 0.3 - 0,5 |
(cal/cm*K#s) | 0.2 - 0.3 0.2 - 0.3 0.2 - 0.3 0.2 - 0.3 0.2 - 0.3 0.1 - 0.15 0.2 - 0.3 0.2 - 0.3 |
Ausgangs leistung (A) |
0 0.9. 0.8 1.5 2.0 2.5 2.4 2.9 |
4 x 10"4 4 χ 10~4 12x 10~4 12 χ 10~4 12 χ 10~4 12 χ 10~4 20 x 10"4 30 x 10"4 |
3 x 10"4 12 x 10~4 3 x 10~4 12 x Ίθ~4 12 χ ΙΟ"4 12 χ 10~4 20 x ΙΟ"4 30 x 10~4' |
25.9 26.8 26.7 27.4 27.9 28.4 28.3 28.8 |
ro ro -ρ-cn
Gemäß Tabelle 5 sind die Isolierstoffe für den Schlitzbereich
von Test Nr. 1 und 2 übliche Pulver, und das Pulver von Test Nr. 1 zur Wicklungsbefestigung ist auch ein übliches
Pulver, Da der in Test Nr. 8 verwendete Prüfkörper geringe Abplatzungen aufwies/ wurde er mit "schlecht"
bewertet.
Wie aus Tabelle 5 ersichtlich ist, ist die Ausgangsleistung des Wechselstromgenerators mit heißer Wicklung erhöht
worden, als die Warmeabstrahlungswirkung erhöht worden ist.
Gemäß Fig. 8 stellt Kurve A die Ausgangsdrehzahl dar, wenn
die Wicklung kalt ist, Kurve B die Ausgangsdrehzahl, wenn die Wicklung heiß ist und Kurve C den gleichen Wer iar,
wenn nur die Läuferwicklung kalt ist.
Anwendungsbeispiels 3
Ein Isolierstoff wurde bei der Läuferwicklung eines Wechselstromgenerators
verwendet. Der Wechselstromgenerator weist einen in Fig. 9 dargestellten Aufbau auf. Ein Paar
von Polkörpern 17a und 17b ist mit einer Welle 16 verbunden. Jeder der Polkörper 17a und 17b weist eine Mehrzahl
von Magnetklauen 18a bzw. 18b auf. Diese Magnetklauen 18a und 18b greifen ineinander. Innerhalb der Magnetklauen
18a und 18b ist ein Wicklungshalter 19 befestigt und eine Wicklung 20 ist um diesen herum gebunden.
Der Wicklungshalter 19 weist einen als Formteil ausgebildeten Körper aus Harz, wie beispielsweise Nylon oder
Butylenterephthalat auf. Obwohl daher zusätzliche Isolierungsmaßnahmen
unnötig sind, weist der Wicklungshalter 19 eine Wäremleitfähgikeit auf, die mit ungefähr 3 bis
5 χ 10 cal/cm · K · s niedrig liegt und weswegen er die Wärmeabstrahlung von der Wicklung 20 verschlechtert.
Aus diesem Grund wird das Material des Wicklungshalters
Co
19 vorzugsweise von Nylon oder ähnlichem, was ein Material mit hoher Wärmedämmfähigkeit ist, in ein Metall (beispielsweise
Eisen, Kupfer, Aluminium oder ähnliches) geändert, welches ein wärmeleitfähiges Material mit einer Wärme-
5 leitfähgikeit von 0,15 bis 1,0 cal/cm · K · s ist.
Bei einem Wicklungshalter aus Metall, wie beispielsweise Eisen oder Stahl wird zwar die Wärmeleitfähgikeit verbessert,
jedoch ist die Isolierfähgikeit in bei weitem
10 nicht ausreichenden Maße vorhanden. Deshalb muß ein gut
wärmeleitfähiger jedoch elektrisch isolierender Kunststoff,
wie dies beispielsweise eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Isolierstoffes ist, über den metallenen Wicklungshalter 19 zur elektrischen Isolierung aufgebracht
15 werden.
Ein Fall, bei dem ein Wicklungshalter aus Eisen als Wicklungshalter
19 und ein wärmeleitfähiger Epoxidpulver-Überzug als erfindungsgemäßer Isolierstoff verwendet
wird, wird im folgenden beschrieben.
Ein Wicklungshalter 19 aus Eisen wird mit einem Pulverüberzug zur Schlitzisolierung mittels des elektrostatischen
Wirbeltauchverfahrens beschichtet. Die Beschichtung wird unter Anlegen einer Spannung von 50 bis 90 kV,einer
Drehzahl des Wechselstromgenerators von 5 bis 2 5 Umdrehungen pro Minute, einer Beschidhtungszeit von 4 bis 30 s
und einem Abstand zwischen dem Wicklungshalter und der Oberfläche des Pulver-Wirbelbetts von 3 bis 8 cm aufgebracht.
Die Pulverbeschichtung wird geschmolzen und bei einer Temperatur von 150 bis 24O0C 1 ibis 30 Minuten lang
ausgehärtet. Die Wicklung 20 wird auf dem derart behandelten Wicklungshalter 19 aufgebracht, wobei ein Läufer
gemäß Fig. 9 entsteht. Die Abkühlung der Wicklung 2o des Läufers ist in Tabelle 6 ausgedrückt durch die Ausgangsleistung
des Wechselstromgenerators wie im Falle des Wechselstromgenerators gemäß dem Anwendungsbeispiel
2 dargestellt. Jedoch ist im Gegensatz zum Ständer die
vf
Abkühlung der Wicklung des Läufers größer, wenn die Drehzahl höher ist. Deshalb entspricht die aufgeführte
Ausgangsleistung des Wechselstromgenerators einem Wert, der bei einer Drehzahl von 5000 Umdrehungen/min erhalten
5 worden ist.
Der verwendete Ständer ist ein üblicher Ständer und
der Isolierstoff zur Schlitzisolierung von Test Nr. 2 ist
eine übliche Beschichtung.
Wie aus Tabelle 6 ersichtlich ist, ist die Ausgangsleistung
des Wechselstromgenerators verbessert worden, wenn die Drehzahl höher ist. Die isolierende Beschichtung
wies keine Abplatzungen auf und alle übrigen Eigenschaf-
15 ten waren zufreidenstellend.
Eine Beschichtung mit guter Haftfestigkeit unter Abscherung wurde erreicht, wenn Epoxidharz als in der Wärme
aushärtendes Kunstharzgemisch verwendet wurde.
Eine isolierende Beschichtung besserer mechanischer Festigkeit, Warmeabstrahlungswirkung und elektrischen
Eigenschaften wurde erhalten, wenn Magnesiumoxid als Füllstoff verwendet wurde.
Wenn der Isolierstoff zum Einfüllen zwischen die Wicklungsdrähte oder zum Beschichten derselben verwendet wurde,
wurde die Formgebung vereinfacht und die Festigkeit der Wicklungsbefestigung ist gut, wenn die 45°-Fließfähigkeit
30 1,5 oder mehr beträgt.
Wenn der Isolierstoff andererseits zur Kapselung und Befestigung der Wicklung verwendet wid, kann eine rauhe
Oberfläche der Beschichtung und ein aus der Form geraten verhindert werden, wenn die Horizontal-Fließfähgikeit
4 bis 16% beträgt.
Aus wertung |
Ver such Nr. |
Material des Wicklungs- halters |
Isolierstoff für Schlitzbereich |
Schicht dicke '(mm) |
Wechselstromgenerator: 5000 U/min |
Tempera turabfall im Vergleich zu Versuch Nr. 1 (A) |
schlecht schlecht gut gut gut gut |
1 2 3 4 5 6 |
Nylonharz Eisen Eisen Eisen Eisen Eisen |
(cal/cm-K-sec) | 0.06 - 0.12 0.06 - 0.12 0.2 - 0.3 0.2 - 0.3 0.2 - 0.3 |
Ausgangs leistung (A) |
0 1.3 2.5 0.9 3.0 3.8 |
4 x 10"4 12 x 10"4 12 χ 10"4 20 x 10"4 30 χ 10"4 |
48.8 50.1 51.3 50.7 · 51.8 52.6 |
Ein Isolierstoff für die Wicklung eines elektrischen Hilfsaggregates für Kraftfahrzeuge mit sehr guter Wärmeabstrahlungswirkung
und elektrischen und mechanischen Eigenschften kann unter Verwendung eines Pulvers zur Bildung
einer isolierenden Beschichtung erhalten, werden, wobei das Pulver 60 mesh oder weniger gemäß JIS, ein Schutt-
gewicht von 0,3 bis 0,91 g/cm , eine Wärmeleitfähigkeit
-4
von 9 χ 10 cal/cm'K * s oder mehr nach dem Aushärten, eine Schlagfestigkeit von 20 cm oder mehr, eine Durch-Schneidefestigkeit von 260 bis 45O°C, eine WärmeVerformungstemperatur von 100 bis 140°C, eine Haftfestigkeit gegen Abscherung von 100 bis 200 kg/cm2 und einen spezifischen
von 9 χ 10 cal/cm'K * s oder mehr nach dem Aushärten, eine Schlagfestigkeit von 20 cm oder mehr, eine Durch-Schneidefestigkeit von 260 bis 45O°C, eine WärmeVerformungstemperatur von 100 bis 140°C, eine Haftfestigkeit gegen Abscherung von 100 bis 200 kg/cm2 und einen spezifischen
9
Widerstand von 1 χ 10 JX »cm oder mehr aufweist.
Widerstand von 1 χ 10 JX »cm oder mehr aufweist.
Zusammenfassend kann gesagt werden, daß ein erfi ungsgemäßer isolierstoff eine sehr gute Wärmeabstrahlungswirkung
und gute elektrische und mechanische Fähigkeiten aufweist. Der erfindungsgemäße Isolierstoff wird durch
Zugabe eines Füllstoffes, wie beispielsweise eines Metalloxides,
eines Nitrides oder eines Karbides mit einer Wärmeleitfähigkeit von 1,0 χ 10 cal/cirrK · s oder mehr,
mit einer Partikelgröße von 200 /im oder weniger und einem
Schüttgewicht von 1,0 bis 3,5 g/cm zu einem in der wärmeaushärtenden Kunstharzgemisch hergestellt. Nach dem
Aushärten weist der Isolierstoff eine Durchschlagsfeldstärke
von 9 kV/mm oder mehr auf. Daher kann der erfindungsgemäße
Isolierstoff zweckdienlicherweise zur Isolierung des Schlitzbereiches oder zur Wicklungsbefestigung
einer Wicklung eines elektrischen Hilfsaggregates für Kraftfahrzeuge verwendet werden und ist in der Lage,
Kupferverluste zu vermindern, die andernfalls durch ein Ansteigen der Temperatur verursacht werden könnten. Daher
ermöglicht der erfindungsgemäße Isolierstoff eine größere Ausgangsleistung von elektrischen Nebenaggregaten derselben
Größe und Leistungseigenschaften von üblichen Nebenaggregaten.
Wird ein erfindungsgemäßer Isolierstoff für elektrische
Nebenaggregate von Kraftfahrzeugen wie beispielsweise für Zündmagneten, Gebläsemotoren, Anlasser, Scheibenwischermotoren,
Relaisspulen oder ähnliches verwendet, kann die Wicklung in kompakter Bauform und mit geringem Gewicht
ausgeführt werden und es kann eine thermisch stabile
Wicklung mit einer sehr guten Wärmeabstrahlungswirkung geschaffen werden.
Claims (7)
- Patentansprüche1 ' [ lj Wärmeabstahender Isolierstoff zur elektrischen Isolierung einer elektrischen Wicklung, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierstoff in Pulverform dadurch hergestellt ist,101520daß ein Füllstoff mit einer-2Wärmeleitfähgikeit von nicht weniger als 1 χ 10 cal/cm-K-s,einer Partikelgröße von nicht mehr als 200 jum, und einem Schüttgewicht von 1,0 bis 3,58 g/cm3,einer in der Wärme aushärtenden Kunstharzmischung, die auf 70 bis 130°C erwärmt wird, zugegeben wird,daß das Gemisch aus dem Kunstharz und dem Füllstoff abgekühlt und ausgehärtet wird, unddaß das gehärtete Gemisch pulverisiert wird.BÜRO 6370 OBERURSEI.* UNDENSTRASSE 10 TEL. 06171/S6849 TELEX 4186343 real dBÜRO 8050 FREISING* SCHNEGGSTRASSE 3-5 TEL. 08161/62091 TELEX 526547 pawa dZWEIGBÜRO 8390 PASSAU LUDWIGSTRASSETEL. 0851/36616-TELEGRAMMADRESSE PAWAMUC - POSTSCHECK MÜNCHEN 1360 52-802 ■ — TELECOPY: 08161/62096 (GROUP II - automat.) —
- 2. Isolierstoff nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,daß als Füllstoff ein Material guter Wärmeleitfähigkeit, wie ein Metall, ein Metalloxid, ein Nitrid oder ein Carbid verwendet ist.
- 3. Isolierstoff nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllstoff ein Stoff oder ein Gemisch von Stoffen verwendet ist, die der Stoffgruppe bestehend aus Berylliumoxid, Bornitrid, Eisen, Aluminium, Kupfer,Borcarbid und Titanoxid angehören.
- 4. Isolierstoff nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff Magnesiumoxid ist.
- 5. Isolierstoff nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Magnesiumoxid als Füllstoff in einer Menge von 30 bis 80 Gewichts-% bezüglich 100 Gewichts-% der in der Wärme aushärtenden Kunstharzmischung zugegeben wird.■
- 6. Isolierstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die in der wärme aushärtenden Kunstharzmischung Partikel mit einer Partikelgröße von nicht mehr als 60 mesh gemäß JIS und mit einem Schütt-gewicht von 0,3 bis 0,91 g/cm3 aufweist.
- 7. Isolierstoff nach Anspruch 1 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Wärme aushärtende Kunstharzmischung Partikel aufweist, die nach dem Härten eine Wärmeleitfähgikeit von nicht weniger als-4
9 x 10 cal/cm-K's, eine Schlagfestigkeit von nicht weniger als 20 cm, eine Durchschneidefestigkeit von 260 bis 45O0C, eine Wärmeverformungstemperatur von 100 bis 140°C, eine Haftfestigkeit gegen Abscherung von 100 bis 260 kg/cm2 und einen spezifischen Wider-stand von 1 χ 10 Λ'cm aufweisen.
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