DE60013650T2

DE60013650T2 - Superdielektrische hochspannungsisolation für dynamoelektrische maschine

Info

Publication number: DE60013650T2
Application number: DE60013650T
Authority: DE
Inventors: D. James SMITH; T. Franklin EMERY; F. Karl SCHOCH
Original assignee: Siemens Westinghouse Power Corp
Current assignee: Siemens Energy Inc
Priority date: 2000-05-30
Filing date: 2000-05-30
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2020-05-31
Also published as: EP1290701B1; KR20020075205A; DE60013650D1; EP1290701A1; KR100433914B1; JP4499353B2; WO2002031843A1; JP2004511882A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Epoxidharze von hoher dielektrischer Festigkeit, bei denen eine beim Aushärten erzeugte Epoxidharz-Chrom-Ionenbindung innerhalb eines Silikatmaterials mit interkaliertem Chrom verwendet wird, um eine hochspannungsfeste Epoxidharzmatrix für das interkalierte Silikat zur Verfügung zu stellen. Diese Kunstharze können für unterschiedlichste Isolationsanwendungen für Ständer und Läufer von Generatoren verwendet werden. Die hohe dielektrischer Festigkeit wird ihre Verwendung als sehr dünne Isolation ermöglichen und die Anwendung von kostengünstigen Tauchbeschichtungs- oder Spritzverfahren erlauben.
Hintergrundinformation
Glimmer, eine Gruppe von Silikaten wie etwa KAl₂AlSi₃O₁₀(OH)₂ (Muskovit) oder KMg₃AlSi₃O₁₀(OH)₂ (Phlogopit), ist seit langem ein wesentlicher Bestandteil von hochspannungsfesten elektrischen Isolationen in elektrischen Maschinen von mehr als 7 kV, aufgrund seiner besonders hohen dielektrischen Festigkeit, seines niedrigen dielektrischen Verlustes und hohen spezifischen Widerstandes, seiner ausgezeichneten Thermostabilität und ausgezeichneten Koronafestigkeit. Gegenwärtig wird Glimmer in der Form von Blättchen auf einem Glasgewebe-Träger verwendet, welcher für die mechanische Ganzheit sorgt, die für die maschinelle Umwicklung von Spulenwicklungen erforderlich ist, wie z. B. in den US-Patentschriften Nr. 4.112.183 und 4.254.351 (Smith bzw. Smith et al.) dargelegt ist. In vielen Fällen wird Glimmerband um die Wicklung gewickelt und anschließend mittels Vakuumdruckimprägnierung (vacuum pressure impregnation, VPI) mit flüssigem Isolierharz mit niedriger Viskosität getränkt. Dieses Verfahren besteht im Evakuieren einer die Wicklung enthaltenden Kammer, um die im Glimmerband eingeschlossene Luft und Feuchtigkeit zu entfernen, und im anschließenden Einführen des Isolierharzes unter Druck, um das Glimmerband vollständig mit Kunstharz zu tränken und dadurch Hohlräume zu beseitigen, so dass eine Kunstharzisolation in einer Glimmermatrix hergestellt wird. Dieses Kunstharz wird anschließend mittels eines ausgedehnten Heizzyklus ausgehärtet. In der Praxis ist eine vollständige Beseitigung der Hohlräume schwierig, und die Hohlräume können zu einer wiederholt auftretenden Ursache elektrischer und mechanischer Probleme werden. Und natürlich ist das Glimmerband dick und voluminös, und es ist schwierig, es auf den Wicklungen anzubringen.
Probleme mit Glimmer in der gegenwärtig verwendeten Form treten in zwei Bereichen auf: (1) mikroskopisch, an der Grenzfläche zwischen dem Glimmer und der polymeren Isolation, und (2) während des Prozesses der Vakuumdruckimprägnierung, der erforderlich ist, um die Glimmerband-Schichten vollständig mit polymerer Isolation zu füllen. Die Glimmeroberfläche ist ein Problembereich, da sie von dem Isolierharz nicht sehr gut "befeuchtet" wird. Folglich besteht die Tendenz, dass sich an der Glimmeroberfläche Hohlräume bilden, die während der Evakuierung der Wicklung vor der Imprägnierung mit dem Isolierharz nicht vollständig beseitigt werden. Durch Oberflächenbehandlungen des Glimmers oder Zugabe von Benetzungsmitteln zum Kunstharz konnte dieses Problem bisher nicht vollständig beseitigt werden. Diese Hohlräume können wesentliche Folgen sowohl für die elektrischen Eigenschaften der Wicklung als auch für ihre mechanische Unversehrtheit haben. Elektrisch können die Hohlräume als Orte für teilweise Entladungen wirken, welche die elektrischen Verluste in der Wicklung erhöhen und die Qualität der umgebenden Isolation bei lange andauernder Einwirkung beeinträchtigen können. Mechanisch können die Hohlräume Stellen sein, an denen eine Delaminierung beginnen kann, die eine potentielle Auflösung der Wicklung verursacht.
Die mit dem Prozess der Vakuumdruckimprägnierung zusammenhängenden Probleme sind in erster Linie die Folge der verschiedenen erforderlichen Schritte: (1) Entgasung der Wicklung, (2) Evakuierung, (3) Imprägnierung und (4) Aushärten. Jeder Schritt ist zeitaufwendig und muss ordnungsgemäß durchgeführt werden, um eine fertige Wicklung herzustellen, welche den elektrischen und mechanischen Anforderungen genügt. Die Dauer des Prozesses und als Ausschuss ausgesonderte Wicklungen führen zu deutlich erhöhten Kosten des Verfahrens zur Herstellung der Wicklungen.
Die Notwendigkeit der Verwendung von Glimmer für die Hochspannungsisolation ist in Frage gestellt worden. Bjorklund et al. von A.B.B. lehren in "A New Mica-Free Turn Insulation For Rotating HV Machines" (Eine neue glimmerfreie Windungsisolation für rotierende Hochspannungsmaschinen), Conference Record of the 1994 IEEE International Symposium on Electrical Insulation, 5.–8. Juni 1994, S. 482–484, die Verwendung einer Chromoxid-Schutzschicht für einen Kunstharzlack als Kupferwicklungs-Isolation, welche sich einfach herstellen ließ, als Ersatz für Aramidpapier mit einem Gehalt von 50% Glimmer. Die Nichtlinearität von Chromoxid hat anscheinend einen großen Einfluss auf die Absorption der Ladungen freier Elektronen.
Andere Autoren hatten zuvor Versuche mit stark positiv geladenen Materialien durchgeführt, die eine gute Thermostabilität aufweisen. Drljaca et al. lehrten in "Intercalation of Montmorillonite with Individual Chromium (III) Hydrolytic Oligomers" (Interkalation von einzelnen Chrom(III)-hydrolytischen Oligomeren in Montmorillonit), Bd. 31, Nr. 23, 1992, S. 4894–4897, dass Tone mit Säulenstruktur mit eingesetztem/interkaliertem Chrom sorptive und katalytische Eigenschaften aufweisen und mögliche Ersatzstoffe für Zeolithe sind, das heißt, für Natrium- oder Calcium-Aluminosilikate, die zur Wasserenthärtung durch Ionenaustausch verwendet werden. Drljaca et al. beschrieben ferner in "A New Method for Generating Chromium (III) Intercalated Clays" (Ein neues Verfahren zur Erzeugung von Chrom(III)-interkalierten Tonen), Inorganica Chimica Acta, 256, 1997, S. 151–154, eine Reaktion des Cr(III)-Dimers mit anderen dimeren Einheiten zur Bildung ebener Blätter für die Interkalation in Montmorillonit-Tone, Al₂O₃.4SiO₂.H₂O.
Auf einem anderen Gebiet, jedoch auch im Zusammenhang mit Tonen, beschreibt Miller in "Tiny Clay Particles Pack Patent Properties Punch" (etwa: "Winzige Tonpartikel mit durchschlagendem Erfolg"), Plastics World, Fillers, Oktober 1997, S. 36–38, mineralgefüllte Kunststoff-Nanocomposites, die eine ausgezeichnete mechanische Festigkeit, Wärmebeständigkeit sowie flammenhemmende und Gasbarriere-Eigenschaften aufweisen. Für diese Composites wurden ursprünglich Nylonwerkstoffe verwendet, die Bündel von kleinen Plättchen aus Montmorillonit-Ton mit einer Breite von etwa 0,5 Mikrometern bis 2 Mikrometern und einer Dicke von 1 Nanometer (nm), das heißt, mit einer Dicke von 0,001 Mikrometer, enthielten, für Steuerriemen von Autos. In jüngerer Zeit wurden Versuche unternommen, solche Plättchen auch in andere Kunstharze einzulagern. Miller beschreibt ferner die Plättchen als ein hohes "Aspektverhältnis", das heißt, eine große Breite im Vergleich zur Dicke aufweisend, wobei während der Compoundierung Molekülbindungen zwischen den Plättchen und einem Polymer ausgebildet werden. Die Tonhersteller, wie etwa Nancor Inc. und AMCOL Intl., weiten den Zwischenraum zwischen den Plättchen chemisch auf, das heißt, "öffnen" ihn von etwa 4 Angström, also etwa 0,0004 Mikrometern, bis zu einer Dicke, die ausreichend ist, damit sich Moleküle organischer Kunstharze direkt ionisch oder kovalent an die Oberfläche des Plättchens anlagern können, wodurch sie dem Plättchen ermöglichen, während der nachfolgenden Polymerisation/Compoundierung unmittelbar in der Polymerstruktur zu reagieren. Die Bündel von Plättchen werden außerdem von den Tonherstellern in einzelne Plättchen exfoliert (vollständig delaminiert), um die Polymerisation/Compoundierung zu unterstützen. Der molekulare "Schwanz", stellt Miller fest, hat die chemische Funktion, die Unverträglichkeit zwischen dem hydrophilen (eine Affinität für Wasser besitzenden) Ton und dem hydrophoben (wasserabstoßenden) organischen Polymer zu überwinden und sie in die Lage zu versetzen, direkt eine Molekülbindung zu bilden, das heißt, das Polymer direkt in den Nanoton einzulagern. Neben Steuerriemen scheinen weitere Anwendungsmöglichkeiten Verpackungen mit Gasbarriere aus thermoplastischen Kunstharzen, für Mikrowellenherde geeignete Behälter und Epoxidharz-Leiterplatten zu sein.
Diese Prozesse werden auch allgemein von Usuki et al. von Toyota Chou in der US-Patentschrift Nr. 4.889.885 beschrieben. Dort wurden "Onium"-Ionen von solchen Stoffen wie Ammoniumsalzen, Sulfoniumsalzen und Phosphoniumsalzen verwendet, um den Zwischenschicht-Abstand eines Tons wie etwa Montmorillonit durch Ionenaustausch mit anorganischen Ionen im Tonmineral zu erweitern. Dies ermöglicht es dem Tonmineral, ein Polymer in den Schichtzwischenraum aufzunehmen, und bewirkt eine direkte Verbindung der Schichten des Tonminerals und des Polymers miteinander durch Ionenbindungen. Das Oniumsalz besitzt ein Molekülskelett, welches zum Initiator der Polymerisation wird. In Fällen, in denen das Oniumsalz ein Molekülskelett hat, welches zur grundlegenden Struktureinheit des Kunstharzes wird, weist das Salz eine Phenolgruppe (für Phenolharz), eine Epoxidgruppe (für Epoxidharz) und eine Polybutadiengruppe (für Acrylnitril-Butadien-Kautschuk) auf. Yano und Usuki et al. von der Forschungs- und Entwicklungs-Abteilung von Toyota beschreiben in "Synthesis and Properties of Polyamide – Clay Hybrid" (Synthese und Eigenschaften eines Polyamid-Ton-Hybrids), Journal of Polymer Science, Teil A, Polymer Chemistry, Bd. 31, 1993, S. 2493–2498, die Verwendung von Montmorillonit, in das ein Ammoniumsalz von Dodecylamin interkaliert ist, als ausgerichteter Füllstoff in einem Polyamidharz-Hybrid zur Verwendung als dünne Gasbarriere-Schicht. Dabei erweist es sich, dass ein Montmorillonit vom Natrium-Typ mit heißem Wasser gemischt wurde, um das Natrium zu dispergieren, welches danach durch das Ammoniumsalz von Dodecylamin ersetzt wurde, welches anschließend mit Dimethylacetamid ("DMAC") in Wechselwirkung trat, um die Montmorillonit-Plättchen zu "öffnen". Das interkalierte Montmorillonit wurde dann einfach in eine Polyamid-Matrix dispergiert und als dünne Schicht gegossen, wobei das Montmorillonit parallel zur Oberfläche der dünnen Schicht ausgerichtet wurde, um Barrieren für die Durchdringung durch Gas zu schaffen.
Die Exfolierung (Auflösung in einzelne Plättchen) und die Polymer-Interkalation von Bündeln von Plättchen werden auch in der US-Patentschrift Nr. 5.698.624 (Beall et al.) beschrieben, wo polymerisierbare Monomere direkt zwischen Plättchen interkaliert oder einem exfolierten Stoff beigemischt und anschließend polymerisiert werden. Es wird gelehrt, dass geeignete Polymere unter anderem Polyamide, Polyester, Polyurethane und Polyepoxide sind. Hier werden organische Ammoniummoleküle in Natrium- oder Calcium-Montmorillonitton-Plättchen eingefügt, um die Dicke innerhalb der Plättchen zu vergrößern, zu "öffnen", gefolgt von einem Mischen mit hoher Scherkraft, um die Silikatschichten zu exfolieren, welche anschließend direkt mit einem Matrixpolymer gemischt werden, um die mechanische Festigkeit und/oder die Eigenschaften bei hohen Temperaturen zu verbessern. In allen Fällen einer Wechselwirkung des Polymers mit den Plättchen scheint es sich um eine direkte Wechselwirkung zwischen dem Polymer und dem "geöffneten" Nanoplättchen zu handeln. Zu anderen Patenten auf diesem Gebiet gehören die US-Patentbeschreibungen Nr. 5.721.306; 5.760.121 und 5.804.613 (Tsipursky et al.; Beall et al. bzw. Beall et al.).
Obwohl imprägniertes und vakuumdruckimprägniertes Glimmerband die Standardlösung für Hochspannungsisolation bleiben und Chromoxid-Überzüge einen erhöhten Widerstand gegen Teilentladungen aufweisen, besteht nach wie vor ein Bedarf an einer extrem dünnen, kostengünstigen Hochspannungsisolation, welche in einem Arbeitsgang durch Tauchbeschichtung, Spritzen oder Extrudieren auf Hochspannung führende elektrische Leiter aufgebracht werden kann und dabei dennoch alle wünschenswerten Eigenschaften der voluminösen Glimmermatrix-Isolation aufweist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Deshalb besteht eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine verbesserte, kostengünstige Hochspannungsisolation bereitzustellen, welche imprägnierte Glimmerblättchen oder Glimmerband ersetzen und mit kleinen Querschnitten aufgetragen werden kann, dabei aber nach wie vor den Hochspannungsschutz gewährleistet und eine Hochspannungsfestigkeit aufweist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kostengünstige Hochspannungsisolation bereitzustellen, welche eine drastische Verbesserung der Spannungs-Dauerfestigkeit aufweist und somit mit kleinen Querschnitten aufgetragen werden kann, wobei aber nach wie vor eine Silizium enthaltende Komponente verwendet wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine kostengünstige Hochspannungsisolation bereitzustellen, welche mit kleinen Querschnitten aufgetragen werden kann, bei der aber nach wie vor einige der Vorteile von Zinn- und Chrom-Compounds, wie sie durch das Patent '183 von Smith nachgewiesen wurden, und von Chrom- und Zink-Compounds, wie sie durch das Patent '351 von Smith et al. nachgewiesen wurden, genutzt werden.
Diese und weitere Aufgaben der Erfindung werden gelöst, indem ein elektrisch leitendes Element bereitgestellt wird, das mit einem Überzug aus einem Kunstharz isoliert ist, das mit einem Oligomer in Wechselwirkung steht und an dieses gebunden ist, welches ein Metall enthält, das aus der aus Cr, Sn, Zn und Gemischen davon bestehenden Gruppe gewählt ist, wobei das besagte Oligomer innerhalb einer Al.Si.O enthaltenden Struktur angeordnet ist, wobei auf die besagte Struktur zwischen etwa 3 Gew.-% und 35 Gew.-% des Gewichts des Kunstharzes entfallen. Vorzugsweise ist der Überzug zwischen 0,1 cm und 0,3 cm dick und wird durch Tauchbeschichtung, Spritzen oder Extrudieren auf ein Trägermaterial wie etwa einen Leiter aufgebracht, wobei der Leiter eine Wicklung aus Metall für dynamoelektrische Maschinen wie etwa Stromgeneratoren von 7 kV oder mehr sein kann.
Die Erfindung besteht außerdem in einem Verfahren zur Herstellung eines zur Verwendung als elektrische Isolation geeigneten Kunstharzüberzuges, welches die folgenden Schritte umfasst: (a) Bereitstellen eines Oligomers, das ein Metall enthält, das aus der aus Cr, Sn, Zn und Gemischen davon bestehenden Gruppe gewählt ist; (b) Bereitstellen eines festen, auf Al.Si.O basierenden Stoffes, der die Form von Plättchen mit Zwischenräumen zwischen den einzelnen Plättchen besitzt, wobei diese Zwischenräume erweitert werden können; (c) Bereitstellen eines flüssigen Kunstharzes, das aus der aus Polyepoxidharzen, Styrol-Polyepoxidharzen, Polyesterharzen und 1,2-Polybutadienharzen bestehenden Gruppe gewählt ist, wobei diese Kunstharze in Gegenwart von Cr, Sn oder Zn in Wechselwirkung treten und polymerisieren können; (d) Einlagern des Metall enthaltenden Oligomers in die Zwischenräume innerhalb des festen, auf Al.Si.O basierenden Stoffes; und (e) Bewirken, dass das flüssige Kunstharz und der feste, auf Al.Si.O basierende Stoff, in den Metall eingelagert ist, miteinander in Kontakt kommen, um einen harzartigen Zusatzstoff zu bilden, derart, dass die festen, auf Al.Si.O basierenden Stoffe, in die Metall eingelagert ist, in dem flüssigen Kunstharz dispergiert werden. Weitere Schritte können beinhalten: (f) Aufbringen des harzartigen Zusatzstoffes auf ein Trägermaterial; und anschließend (g) Erwärmen des aus flüssigem Kunstharz und Al.Si.O mit eingelagertem Metall bestehenden Zusatzstoffes, so dass das Harz mit dem Metall in Wechselwirkung tritt und eine Wechselwirkung des flüssigen Harzes und des Oligomers sowie eine Polymerisation des Harzes um die auf Al.Si.O basierenden festen Stoffe herum und mit diesen verursacht, so dass auf Al.Si.O₂ basierende feste Stoffe innerhalb einer ausgehärteten polymerisierten festen Kunstharzmatrix bereitgestellt werden.
Besonders nützliche Harze sind lösungsmittelfreie Polyepoxidharze (Epoxidharze), Styrol-Polyepoxidharze, Polyesterharze und 1,2-Polybutadienharze, die alle in der katalytischen Anwesenheit von Cr, Sn und Zn in Wechselwirkung treten und polymerisieren können. Die bevorzugte Al.Si.O-Struktur ist Montmorillonit, und das bevorzugte Oligomer ist ein Cr(III)-Oligomer. Die Spannungs-Dauerfestigkeit dieser Stoffe ist größer als 1000 Stunden bei 7,5 kV/mm (188 Volt/Milli-Zoll) und liegt im Allgemeinen in dem wesentlich höheren Bereich von 2800–3000 Stunden bei 188 Volt/Milli-Zoll. Der normale Bereich von zum Beispiel füllstofffreiem Epoxidharz beträgt 1000 Stunden bei 188 Volt/Milli-Zoll; folglich können die erfindungsgemäßen Harze in Dicken aufgebracht werden, die für Spannungen von bis zu 35 kV weniger als 0,063 cm (0,025 Zoll) betragen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ersichtlich:
1, welche die Erfindung am besten zeigt, ist eine Schnittdarstellung eines verkapselten elektrischen Gegenstands, welcher mit einem dünnen, durch Spritzen aufgebrachten Überzug zur Isolation gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist;
2 ist eine Schnittdarstellung eines Motors, welcher Wicklungen enthält, die mit einer dünnen, durch Tauchbeschichtung oder Extrudieren aufgetragenen Schicht der Isolation gemäß der vorliegenden Erfindung isoliert sind;
3 ist eine Schnittdarstellung eines Generators, welcher Wicklungen enthält, die mit einer dünnen, durch Tauchbeschichtung oder Extrudieren aufgetragenen Schicht der Isolation gemäß der vorliegenden Erfindung isoliert sind;
4 ist eine idealisierte Prinzipskizze eines Reaktionsablaufs, der in der vorliegenden Erfindung angewendet wird;
5 ist ein dem Vergleich dienendes Diagramm der mittleren Lebensdauer eines Vergleichsmusters (A) und des interkalierten Stoffes (B) gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 ist die chemische Strukturformel einer harzartigen Stoffverbindung, welche in der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann;
7A ist eine chemische Strukturformel, welche der in 6 dargestellten Komponente R entspricht;
7B ist eine andere chemische Strukturformel, welche der in 6 dargestellten Komponente R entspricht;
8 ist die chemische Strukturformel eines Bisphenol-Epoxidharzes, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
9 ist eine chemische Strukturformel eines Polymers gemäß der vorliegenden Erfindung;
10 ist eine chemische Strukturformel eines Oligomers gemäß der vorliegenden Erfindung;
11 ist eine weitere chemische Strukturformel eines Oligomers gemäß der vorliegenden Erfindung;
12 ist eine chemische Strukturformel von Dimerketten, die durch Reaktionen zwischen Oligomeren gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet werden;
13 ist eine Tabelle, die Vergleiche des Verhältnisses Ladung/Radius verschiedener Kationen gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht; und
14 ist eine Tabelle, in der Werte der Kurzzeit-Durchbruchspannung für verschiedene interkalierte Tone gemäß der vorliegenden Erfindung angegeben sind.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird nun auf 1 der Zeichnungen Bezug genommen; sie zeigt ein isoliertes elektrisches Element wie etwa eine Wicklung 2, welche Leiter 4 aufweist, die in einen dünnen ausgehärteten isolierenden Mantel 6 eingebettet sind, wobei der Mantel die auf das Element aufgebrachte harzartige Stoffverbindung gemäß der vorliegenden Erfindung ist. 1 veranschaulicht somit gewisse Gegenstände der Erfindung, nämlich elektrische oder elektronische Bauteile, die in die aufgebrachten Stoffverbindungen gemäß der vorliegenden Erfindung eingebettet oder mit ihnen vergossen sind.
2 zeigt eine Ausführungsform eines Motors 20 im Schnitt. Der Motor umfasst einen metallischen Anker 21, der in ihm angebrachte Nuten 22 aufweist, die isolierte Wicklungen 23 enthalten, der von einem metallischen Ständer 24 umgeben ist, der in ihm angebrachte Nuten 25 aufweist, die auf dem Umfang des Ständers in 26 verteilt sind. Die Ständernuten enthalten isolierte Wicklungen 27. Die gesamte Isolation, die als Überzug auf die Wicklungs-Trägermaterialien 23 und 27 aufgebracht ist, kann aus den harzartigen Stoffverbindungen gemäß der vorliegenden Erfindung bestehen. 3 zeigt eine Ausführungsform eines Generators 30 im Schnitt. Der Generator umfasst als Trägermaterial dienende Bauteile wie etwa einen metallischen Läufer 31, der in ihm angebrachte Nuten 32 aufweist, die isolierte Wicklungen 33 enthalten, der von einem metallischen Ständer 34 umgeben ist, der in ihm angebrachte Nuten 35 aufweist, die auf dem Umfang des Ständers in 36 verteilt sind. Die Ständernuten enthalten isolierte Wicklungen 37 und können außerdem innere Kühlkanäle enthalten, die nicht dargestellt sind. Die gesamte Isolation, die als Überzug auf die Wicklungen 33 und 37 aufgebracht ist, kann aus den harzartigen Stoffverbindungen gemäß der vorliegenden Erfindung bestehen.
Ein Typ einer harzartigen Stoffverbindung, die in dieser Erfindung verwendet werden kann, ist erhältlich, indem man Epichlorhydrin mit einem zweiwertigen Phenol in einem alkalischen Medium bei ungefähr 50°C reagieren lässt, unter Verwendung von 1 bis 2 oder mehr Molen Epichlorhydrin pro Mol des zweiwertigen Phenols. Die Erwärmung wird mehrere Stunden lang fortgesetzt, um die Reaktion zu bewirken, und das Produkt wird anschließend von Salz und Base freigewaschen. Das Produkt ist nicht eine einzige einfache Verbindung, sondern im Allgemeinen eine komplexe Mischung aus Glycidylpolyethern. Das Hauptprodukt kann jedoch durch die in 6 angegebene chemische Strukturformel dargestellt werden, wobei n eine ganze Zahl aus der Reihe 0, 1, 2, 3, ..., ist und R das zweiwertige Kohlenwasserstoff-Radikal des zweiwertigen Phenols ist. Normalerweise besitzt das zweiwertige Kohlenwasserstoff-Radikal eine Zusammensetzung, die der in 7A dargestellten ähnlich ist, so dass sich ein Diglycidylether eines Epoxidharzes vom Bisphenol-A-Typ ergibt. Es ist anzumerken, dass das zweiwertige Kohlenwasserstoff-Radikal auch eine Zusammensetzung haben kann, die der in 7B dargestellten ähnlich ist, so dass sich ein Diglycidylether eines Epoxidharzes vom Bisphenol-F-Typ ergibt.
Die in der Erfindung verwendeten Bisphenol-Epoxidharze weisen eine 1,2-Epoxid-Äquivalenz auf, die größer als eins ist. Im Allgemeinen sind es Diepoxide. Mit der Epoxid-Äquivalenz wird die durchschnittliche Anzahl von 1,2-Epoxidgruppen, wie in 8 dargestellt, bezeichnet, die im durchschnittlichen Molekül des Glycidylethers enthalten sind.
Zu den anderen Glycidyletherharzen, welche in dieser Erfindung von Nutzen sind, gehören Polyglycidylether eines Novolaks, das hergestellt wird, indem man ein Epihalohydrin mit einem Aldehyd, zum Beispiel einem Phenolformaldehyd-Kondensat, reagieren lässt. Epoxidharze vom cycloaliphatischen Typ sind ebenfalls von Nutzen, ebenso wie Glycidylester-Epoxidharze, wobei beides Nicht-Glycidylether-Epoxidharze sind, die alle in der Technik wohlbekannt sind und ausführlich von Smith et al. in der US-Patentschrift Nr. 4.254.351 beschrieben werden, in der epoxidiertes Polybutadien, das in der vorliegenden Erfindung ebenfalls von Nutzen ist, beschrieben wird. Alle diese früher beschriebenen harzartigen Stoffverbindungen werden hier im Weiteren als "Polyepoxidharze" definiert und bezeichnet.
Zu weiteren nützlichen Harzen gehören Polyester und 1,2-Polybutadiene, die alle in der Technik wohlbekannt sind. Allgemein gesagt, sind Polyesterharze eine umfangreiche Gruppe von Kunstharzen, die fast alle durch Reaktion von zweibasigen Säuren mit zweiwertigen Alkoholen hergestellt werden. In einigen wenigen Fällen werden trifunktionelle Monomere wie etwa Glyzerin oder Zitronensäure verwendet. Der Begriff "Polyesterharz" wird speziell für die Produkte verwendet, die aus ungesättigten zweibasigen Säuren wie etwa Maleinsäure hergestellt werden. Ungesättigte Polyesterharze können durch Vernetzung weiter polymerisiert werden. Oft wird während dieser zweiten Stufe der Polymerisation, welche bei normaler Temperatur mit geeigneten Peroxid-Katalysatoren durchgeführt werden kann, ein weiteres ungesättigtes Monomer wie etwa Styrol zugegeben.
Die gewöhnlich verwendeten sauren Komponenten sind Maleinsäureanhydrid und Fumarsäure, während Phthalsäureanhydrid oder Adipinsäure oder Azelaic-Säure sie entsprechenden gesättigten Stoffe sind. Die gewöhnlich verwendeten Glykole sind Ethylen-, Propylen-, Diethylen-, Dipropylen- und gewisse Butylenglykole. Das zugegebene polymerisierbare Monomer ist Styrol, Vinyltoluol, Diallylphthalat oder Methylmethacrylat. Neben den ungesättigten Polyesterharzen existieren weitere wichtige Typen. Eine große Gruppe sind die Alkydharze. Diese werden aus gesättigter Säure und Alkoholmonomeren hergestellt, mit vielen Typen von Modifikationen, gewöhnlich mit Einlagerung einer ungesättigten Fettsäure.
Allgemein ist 1,2-Polybutadien ein synthetischer Kautschuk, der aus Butadien H₂C=CH-CH=CH₂ hergestellt wird. In dieser 1,2-Form wird bewirkt, dass Butadien 1,2-polymerisiert, so dass der Nr. 1-Kohlenstoff jedes Butadienmoleküls an den Nr. 2-Kohlenstoff eines anderen Moleküls angelagert wird. Wenn dies geschieht, enthält die Hauptkette des resultierenden Polymers nur die Nr. 1- und Nr. 2-Kohlenstoffe, während sich alle Nr. 3- und Nr. 4-Kohlenstoffe in Vinyl-Seitenketten befinden, wie zum Beispiel in 9 dargestellt ist. Diese 1,2-Polybutadiene existieren in isotaktischen, syndiotaktischen und ataktischen Formen, können jedoch keine cis- und trans-Formen haben.
Ferner sind kurze Beschreibungen dieser Harze in Rose, The Condensed Chemical Dictionary, 6. Ausg., S. 909–911, (1961) zu finden.
Nützliche Oligomere, die ein Metall M enthalten, das aus der aus Cr, Sn, Zn und deren Gemischen bestehenden Gruppe gewählt ist, können zum Beispiel eine dimere Struktur aufweisen, wie in 10 dargestellt ist.
Diese Oligomere können auch in anderen wohlbekannten Strukturen vorliegen, zum Beispiel in der trimeren, offenen tetrameren und geschlossenen tetrameren Struktur, wie von Drljaca et al. in Inorganic Chemistry, Bd. 31, Nr. 23, S. 4894–4897 (1992) ausführlicher dargelegt wird, wobei M=Cr ist.
Der Reaktionsablauf, der von Nutzen ist, um das isolierte leitende Element der vorliegenden Erfindung bereitzustellen, ist allgemein in 4 dargestellt. Es wird ein Oligomer hergestellt, das Cr, Sn, Zn oder deren Gemische enthält. Dies kann im Allgemeinen mittels der Reaktion einer starken Säure (das heißt Perchlorsäure) mit einem Metallsalz (Chromnitrat, Zinnchloriddihydrat, Zinknitrathydrat) in einer wässrigen Lösung durchgeführt werden.
Ein besonders nützliches Cr(III)-Oligomer ist ein Chrom(III)-Pentan-2,4-Dionat, welches die in 11 angegebene Zusammensetzung aufweist. Außerdem wird auch auf 4 Bezug genommen, in der Oligomere dieses Typs mit der Bezugszahl 40 bezeichnet sind.
Diese Oligomere kann man im optimalen Fall so miteinander reagieren lassen, dass dimere Ketten in der Form von ebenen Blättern mit einer Dicke von ungefähr 0,0004 bis 0,0009 Mikrometern (4 bis 9 Angström) gebildet werden. Dies ist zum Beispiel in 12 dargestellt und wird von Drljaca et al. in Inorganica Chimica Acta, 256 (1997), S. 151–154 gelehrt.
Ein fester auf Al.Si.O basierender Stoff, der eine Plättchen-Form besitzt und Zwischenräume zwischen den einzelnen Plättchen aufweist, die erweitert werden können, wie etwa ein unmodifiziertes Silikat vom Glimmer-Typ, ist in 4 allgemein als 42 dargestellt. Zum Beispiel können unmodifizierter Muskovit-Glimmer, Phlogopit-Glimmer oder tonartige Silikate wie etwa Montmorillonit oder deren Gemische so behandelt werden, dass der Zwischenraum zwischen den Plättchen, aus denen sie bestehen, erweitert oder weiter "geöffnet" wird, wobei ein solcher Stoff allgemein als 43 dargestellt ist, so dass Oligomere und Moleküle von organischen Harzen in die Glimmer- oder Tonplättchen eingelagert werden können, mit dem in Schritt (2) dargestellten Ergebnis. Als üblicher vorbereitender Schritt können diese Glimmer- oder Tonplättchen durch Kontakt mit Aminen, Oniumsalzen wie etwa Ammoniumsalzen oder anderen Chemikalien chemisch behandelt werden, die in Mengen zugegeben werden, welche bewirken, dass der Zwischenschicht-Abstand des Glimmers oder Tons erweitert wird, und helfen, diese Stoffe weniger hydrophil und stärker hydrophob zu machen, so dass die im Großen und Ganzen hydrophoben polymeren Stoffe leichter mit dem Glimmer oder Ton in Wechselwirkung treten können.
Im Schritt 2 wird das Metall enthaltende Oligomer 40 in den geöffneten auf Al.Si.O basierenden Stoff eingelagert oder innerhalb desselben angeordnet, das heißt, in diesen interkaliert, wie zuvor in "Hintergrundinformation" beschrieben wurde, um die Struktur 43' zu erzeugen, zum Beispiel Muskovit KAl₂AlSi₃O₁₀(OH)₂, Phlogopit KMg₃AlSi₃O₁₀(OH)₂ oder Montmorillonit Al₂O₃.4SiO₂.H₂O. Dies wird bei einem Verfahren durchgeführt, indem das Metall enthaltende Oligomer in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst wird, zum Beispiel einem Keton Chrom(III)-Pentan-2,4-Dionat, und indem anschließend der auf Al.Si.O basierende Stoff für eine ausreichende Zeit mit der Lösung in Kontakt gebracht wird, gefolgt von einem Trocknen.
Das Metall enthaltende Oligomer, das nunmehr in dem "geöffneten" auf Al.Si.O basierenden Stoff angeordnet ist, was insgesamt als 43' dargestellt ist, wird anschließend in Wechselwirkung mit einer geeigneten harzartigen Stoffverbindung gebracht, welche mit sich selbst und auch mit dem Metall enthaltenden Oligomer, das innerhalb des auf Al.Si.O basierenden Stoffes angeordnet ist, polymerisieren kann. Der interkalierte Glimmer, Ton o. ä. 43' ist in Schritt (2) als mit einer geeigneten harzartigen Stoffverbindung 44 gemischt dargestellt. Das Verhältnis des auf Al.Si.O₂ basierenden Stoffes zu Kunstharz in dem Metall enthaltenden Oligomer beträgt etwa zwischen 3 Gew.-% und 35 Gew.-% und vorzugsweise 5 Gew.-% bis 20 Gew.-%. Beim Erwärmen vernetzt sich die harzartige Stoffverbindung 44, so dass sie um den auf Al.Si.O basierenden Stoff 43 herum und innerhalb desselben Polymere bildet, wie in Schritt (3) von 4 dargestellt ist.
Der Mechanismus, der dafür verantwortlich ist, dass polymere Stoffe vor einem elektrischen Durchbruch geschützt werden, kann wie folgt beschrieben werden. Glimmer ist insofern ein einzigartiger Stoff, als er einen hohen Widerstand gegen Teilentladungen aufweist und dadurch die Spannungs-Dauerfestigkeit von Isolationsmaterialien erhöht und ihre Lebensdauer verlängert. Inzwischen wird allgemein angenommen, dass der Mechanismus, der für dieses Schutzverhalten verantwortlich ist, elektronischer und nicht physikalischer Natur ist. Die energiereichen Elektronen, die aus Teilentladungen resultieren (manchmal als "Elektronenlawine" bezeichnet), werden durch die stark positiven Felder verlangsamt und in ihrer Energie verringert, welche von den Anordnungen von K⁺-Ionen erzeugt werden, die in den Kanälen des Silikatgitters festgehalten werden. Dieser Effekt ist es, der scheinbar hauptsächlich für die schützende Eigenschaft von Glimmer in Hochspannungsisolations-Systemen verantwortlich ist.
Wie weiter unten in dieser Patentschrift klar wird, beruhen die hier entwickelten Konzeptionen und technischen Vorgehensweisen auf diesem Mechanismus der Deaktivierung der Elektronen. Bei der Wahl des Übergangs-Metallsalzes kann man sich von der Betrachtung des Verhältnisses Ladung/Größe leiten lassen. Ein Mechanismus, durch den Glimmer bewirkt, dass freie Elektronen "eingefangen" werden, ist das Vorhandensein von K+-Ionen in den Kanälen des Gitters. Diese Ionen werden normalerweise sehr stark festgehalten und sind sehr wirksame "Adsorber" (Scavenger) für freie Elektronen.
Normalerweise weisen die Ionen des Übergangsmetalls eine höhere Ladung und eine geringe Größe auf, so dass sie ein wesentlich größeres Verhältnis Ladung/Größe besitzen. Einige Beispiele sind in der Tabelle in 13 angegeben. Die Idee besteht darin, dass das Ersetzen von K⁺-Ionen in diesen Gitterkanälen durch Metallionen Isolationsmaterialien liefert, die sogar einen noch wirksameren Schutz vor Teilentladungen (und folglich eine noch größere Spannungs-Dauerfestigkeit) bieten, als dies bei Glimmer der Fall ist. Dies liegt daran, dass das größere Verhältnis Ladung/Radius dieser Metallionen eine wirksamere Energieverringerung der schnellen Elektronen, welche für die Beschädigung von Isolationsmaterialien verantwortlich sind, zur Folge hat.
Die resultierende Stoffverbindung kann auf ein elektrisches Element wie zum Beispiel einen Draht oder eine Spulenwicklung, ein elektronisches Bauelement oder ähnliches aufgebracht werden. Die isolierende Wirkung der Stoffverbindung ist außergewöhnlich und so stark, dass letztere mit Querschnitten mit einer Dicke von nur 0,06 cm aufgebracht werden kann. Wenn diese neuen dielektrischen Materialien in vollem Umfang entwickelt sind, könnten sie in einem Hochleistungs-Pressharz verwendet werden, oder sie könnten als Ersatz für modernste Glimmerbänder für die Herstellung von Vakuumdruckimprägnierungs-Harzen verwendet werden. Der größte Nutzen wäre die Möglichkeit, ihre Grundwand-Dicken drastisch zu verringern, über die derzeitigen Werte hinaus. Letzten Endes könnte das Ergebnis dieser Entwicklung durchaus ein Isolationssystem mit einer Dicke von 0,005 cm (0,002 Zoll) für Generatorwicklungen sein. Die sehr hohe dielektrische Festigkeit dieser Materialien würde eine Verwendung dieser extrem dünnen Isolationsschicht gestatten.
Von diesen Materialien könnten vielfältige weitere Hochspannungsanwendungen profitieren, indem verbesserte Isolationen für Läufer, Ausbesserungen (Patches) mit hoher dielektrischer Festigkeit zur Reparatur beschädigter Ständerwicklungen und feste Isolationen für Phasenleiter und Reihenverbinder in hohe Temperaturen aufweisenden, luftgekühlten Generatoren entwickelt werden.
Die Erfindung wird nun anhand der folgenden Beispiele zusätzlich veranschaulicht.
BEISPIEL 1
Der Typ eines glimmerartigen Silikats, der in diesem Versuch verwendet wurde, war Montmorillonit-Silikatton (Handelsname "K-10") von der Aldrich Chemical Co. Dieses Material hatte die folgenden Eigenschaften: ein rieselfähiges weißes Pulver mit einer Teilchenoberfläche von 220–270 m²/g und einer Schüttdichte von 300–370 g/l. Eine Lösung von 1 g Octadecylamin ("ODA"), einem primären Amin (ebenfalls von der Aldrich Chemical Co.), in 150 ml Ethanol/Wasser (50/50 v/v) wurde auf 45°C erwärmt. Getrennt davon wurde 1 g des Silikattons in 100 ml Wasser aufgeschlämmt und der Octadecylamin-Lösung zugegeben, um die Zwischenräume zwischen den Plättchen zu "öffnen". Nach dem Erwärmen bei 70°C während einer Dauer von 10 Stunden wurde das Gemisch gefiltert und mit frischem Ethanol/Wasser (50/50 v/v) gespült. Das Produkt wurde an der Luft und anschließend in einem Vakuumtrockenofen 10 Stunden lang bei 50°C getrocknet, so dass der Silikatton nach Ablauf dieser Zeit eine "offenere", für eine Interkalation geeignete Struktur aufwies. Das Silikat wurde anschließend mit Chrom(III)-Pentan-2,4-Dionat mit der chemischen Formel [C₅H₇O₂]₃Cr behandelt, das von der Aldrich Chemical Company bezogen werden kann. Diese Reaktion wurde durchgeführt, indem die Chromverbindung in Methylethylketon gelöst und mit dem Silikat 2 Stunden lang bei Raumtemperatur gerührt wurde. Das erhaltene Produkt wurde an der Luft getrocknet und danach 12 Stunden bei 50°C in einem Vakuumtrockenofen getrocknet, um einen Cr(3⁺)-interkalierten Ton zu erhalten.
Der Chrom-interkalierte Ton wurde anschließend in einem flüssigen Vakuumdruckimprägnierungs-Polyepoxidharz, das gemäß den Lehren des US-Patents 4.254.351 hergestellt wurde, aufgeschlämmt und in Proben in Form von Kuchen mit einem Durchmesser von 10,2 cm gegossen. Diese Proben wurden 2 Stunden bei 135°C geliert und anschließend 16 Stunden bei 150°C erwärmt, bis sie vollständig ausgehärtet waren. Normalerweise wurde das Chrom-interkalierte Silikat dem Epoxidharz in einer Menge von 10% (Masseprozent) zugegeben. Vergleichsmuster des Epoxidharzes allein wurden ebenfalls in Kuchen mit einem Durchmesser von 10,2 cm gegossen und wie oben beschrieben ausgehärtet.
Die ausgehärteten (Cr3⁺)-interkalierten Proben wurden anschließend zusammen mit den Epoxidharz-"Vergleichsmustern" einer Langzeitprüfung der Spannungs-Dauerfestigkeit unterzogen. Normalerweise wurden die Proben bei 24 kV unter Öl mit einer angelegten Spannungsbeanspruchung von etwa 7,5 kV/mm (188 Volt/Milli-Zoll) geprüft, und es wurden die Lebensdauern bis zum Ausfall ermittelt. Die Ergebnisse sind in 5 dargestellt, wobei die mittlere Lebensdauer in Stunden angegeben ist. Bei diesen Daten handelt es sich um die mittlere Lebensdauer von vier oder mehr Proben in jeder Gruppe. Aus den Ergebnissen ist klar ersichtlich, dass die Proben B aus Epoxidharz, welches den Zusatz aus Chrom-interkaliertem Silikat enthält, eine Spannungs-Dauerfestigkeit aufweisen, die mehr als das Dreifache von der der "Vergleichsmuster" A beträgt, was den Nutzen der Zugabe von Chrom-interkaliertem Silikat für die dielektrische Festigkeit mit großer Deutlichkeit veranschaulicht.
In Anbetracht dessen, dass diese ersten Versuche mit Ton mit einer normalen Teilchengröße (und nicht mit Nanoton-Plättchen) durchgeführt wurden und die für die Interkalation verwendete Chromverbindung eine standardmäßige Chrom(III)-Verbindung war, wäre zu erwarten, dass man sogar eine noch spektakulärere Leistung in Bezug auf die Spannungs-Dauerfestigkeit erhalten würde, wenn man Chrom-Oligomere und Nanoton-Plättchen verwenden würde, aus den in dieser Patentschrift weiter oben erläuterten Gründen, das heißt, infolge der wirksameren Interkalation mit Chrom und der besseren Verteilung der die dielektrische Festigkeit verbessernden Zusätze in der Harzmatrix. Ebenso gute Ergebnisse dürften erhalten werden, wenn Sn oder Zn als Ersatz für Cr verwendet wird, und Styrol-Polyepoxidharze, Polyester und 1,2-Polybutadienharze könnten das oben verwendete Polyepoxidharz ersetzen.
BEISPIEL 2
Neben den in Beispiel 1 beschriebenen Langzeitprüfungen der Spannungs-Dauerfestigkeit existieren weitere wichtige Prüfungen, die zur Beurteilung einer Hochspannungsisolation durchgeführt werden müssen. Eine solche Prüfung ist die Kurzzeitmessung der dielektrischen Festigkeit (ASTM D-149), bei welcher ausgehärtete Harzproben (normalerweise mit einer Dicke von ca. 110 Milli-Zoll [2,8 mm]) zwischen zwei Elektroden unter Öl angebracht werden. Die angelegte Spannung wird mit einer gleich bleibenden, festgelegten Geschwindigkeit zwischen 0,5 und 1,0 kV pro Sekunde von null bis zur Durchbruchspannung erhöht. Bei elektrischen Isolationen mit den oben angegebenen Dicken übersteigt die Spannung normalerweise 35 kV, bevor ein Durchbruch erfolgt. Der Wert der dem Spannungsdurchbruch entsprechenden dielektrischen Festigkeit wird anschließend berechnet, indem die Durchbruchspannung durch die Dicke der Probe dividiert wird (Volt/Milli-Zoll).
Es wurden Proben der verschiedenen interkalierten Tone wie weiter oben in Beispiel 1 beschrieben hergestellt und ausgehärtet und dann unter Anwendung des Prüfverfahrens nach ASTM D-149 geprüft. In diese Versuchsreihen wurden auch mit Chrom-Oligomeren interkalierte Nanotone mit kleiner Teilchengröße einbezogen. Die erhaltenen Versuchsergebnisse sind in der Tabelle in 14 zusammengefasst.
Die Ergebnisse zeigen, dass sich, wenn ein Tonmaterial mit Metallen wie etwa Cr und Sn interkaliert wird und in einer Menge von 1% bis 9% einem Epoxidharz zugegeben wird, die Werte der Kurzzeit-Durchbruchspannung beträchtlich erhöhen. Dies galt insbesondere für die mit Chrom-Oligomeren interkalierte Nanoton-Probe, bei der sich die dielektrische Festigkeit des Epoxidharzes im Vergleich zu der nicht interkalierten Nanoton-Probe um ca. 23% erhöhte. Es wurde außerdem festgestellt, dass sich das interkalierte Nanoton-Material leichter dem Epoxidharz beimischen und in ihm verteilen ließ als die anderen interkalierten Tonproben, wodurch eine homogenere Verteilung in der gesamten Probe während der Aushärtung erzielt wurde.

Claims

Elektrisch leitendes Element, das mit einem Überzug aus einem Kunstharz isoliert ist, das mit einem Oligomer in Wechselwirkung steht und an dieses gebunden ist, welches ein Metall enthält, das aus der aus Cr, Sn, Zn und Gemischen davon bestehenden Gruppe gewählt ist, wobei das besagte Oligomer innerhalb einer Al.Si.O enthaltenden Struktur angeordnet ist, wobei auf die besagte Struktur zwischen etwa 3 Gew.-% und 35 Gew.-% des Gewichts des Kunstharzes entfallen.
Isoliertes Element nach Anspruch 1, wobei das Element eine Metallwicklung ist.
Isoliertes Element nach Anspruch 1, wobei das Element ein Draht ist.
Isoliertes Element nach Anspruch 1, wobei das Element ein elektronisches Bauelement ist.
Isoliertes Element nach Anspruch 1, wobei die Al.Si.O enthaltende Struktur aus glimmerartigen Silikaten, tonartigen Silikaten und Mischungen davon gewählt ist.
Isoliertes Element nach Anspruch 1, wobei das Oligomer Cr enthält.
Isoliertes Element nach Anspruch 1, wobei das Oligomer Sn enthält.
Isoliertes Element nach Anspruch 1, wobei das Oligomer Zn enthält.
Isoliertes Element nach Anspruch 1, wobei das Kunstharz aus der aus Polyepoxidharzen, Styrol-Polyepoxidharzen, Polyesterharzen und 1,2-Polybutadienharzen bestehenden Gruppe gewählt ist.
Isoliertes Element nach Anspruch 1, wobei die durch den Kunstharz-Überzug gebildete Isolation eine Spannungs-Dauerfestigkeit von mehr als 1000 Stunden bei 7,5 kV/mm (188 Volt/Milli-Zoll) aufweist.
Isoliertes Element nach Anspruch 1, wobei das Element eine Kupferwicklung in einem elektrischen Generator ist.
Harzartige Überzugs-Stoffverbindung, die zur Verwendung als elektrische Isolation geeignet ist, welche ein Kunstharz enthält, das mit einem Oligomer in Wechselwirkung steht und an dieses gebunden ist, welches ein Metall enthält, das aus der aus Cr, Sn, Zn und Gemischen davon bestehenden Gruppe gewählt ist, wobei das besagte Oligomer innerhalb einer Al.Si.O enthaltenden Struktur angeordnet ist, wobei auf die besagte Struktur zwischen etwa 3 Gew.-% und 35 Gew.-% des Gewichts des Kunstharzes entfallen.
Stoffverbindung nach Anspruch 12, wobei die Al.Si.O enthaltende Struktur aus glimmerartigen Silikaten, tonartigen Silikaten und Mischungen davon gewählt ist.
Stoffverbindung nach Anspruch 12, wobei das Oligomer Cr enthält.
Stoffverbindung nach Anspruch 12, wobei das Oligomer Sn enthält.
Stoffverbindung nach Anspruch 12, wobei das Oligomer Zn enthält.
Stoffverbindung nach Anspruch 12, wobei das Kunstharz aus der aus Polyepoxidharzen, Styrol-Polyepoxidharzen, Polyesterharzen und 1,2-Polybutadienharzen bestehenden Gruppe gewählt ist.
Verfahren zur Herstellung eines zur Verwendung als elektrische Isolation geeigneten Kunstharzüberzuges, welches die folgenden Schritte umfasst: (A) Bereitstellen eines Oligomers, das ein Metall enthält, das aus der aus Cr, Sn, Zn und Gemischen davon bestehenden Gruppe gewählt ist; (B) Bereitstellen eines festen, auf Al.Si.O basierenden Stoffes, der die Form von Plättchen mit Zwischenräumen zwischen den einzelnen Plättchen besitzt, wobei diese Zwischenräume erweitert werden können; (C) Bereitstellen eines flüssigen Kunstharzes, das aus der aus Polyepoxidharzen, Styrol-Polyepoxidharzen, Polyesterharzen und 1,2-Polybutadienharzen bestehenden Gruppe gewählt ist, wobei diese Harze in Gegenwart von Cr, Sn oder Zn in Wechselwirkung treten und polymerisieren können; (D) Einlagern des Metall enthaltenden Oligomers in die Zwischenräume innerhalb des festen, auf Al.Si.O basierenden Stoffes; und (E) Bewirken, dass das flüssige Kunstharz und der feste, auf Al.Si.O basierende Stoff, in den Metall eingelagert ist, miteinander in Kontakt kommen, um einen harzartigen Zusatzstoff zu bilden, derart, dass die festen, auf Al.Si.O basierenden Stoffe, in die Metall eingelagert ist, in dem flüssigen Kunstharz dispergiert werden.
Verfahren nach Anspruch 18, welches die folgenden zusätzlichen Schritte umfasst: (F) Aufbringen des harzartigen Zusatzstoffes auf ein Trägermaterial; und anschließend (G) Erwärmen des aus flüssigem Kunstharz und Al.Si.O mit eingelagertem Metall bestehenden Zusatzstoffes, so dass das Harz mit dem Metall in Wechselwirkung tritt und eine Wechselwirkung des flüssigen Harzes und des Oligomers sowie eine Polymerisation des Harzes um die auf Al.Si.O basierenden festen Stoffe herum und mit diesen verursacht, so dass auf Al.Si.O₂ basierende feste Stoffe innerhalb einer ausgehärteten polymerisierten festen Kunstharzmatrix bereitgestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der auf Al.Si.O basierende feste, in Form von Plättchen vorliegende Stoff durch Kontakt mit Stoffen behandelt wird, welche die Zwischenräume zwischen den einzelnen Plättchen in Schritt (B) erweitern, und wobei die Al.Si.O enthaltende Struktur aus glimmerartigen Silikaten, tonartigen Silikaten und Mischungen davon gewählt ist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die ausgehärtete Matrix aus Kunstharz und auf Al.Si.O basierenden Stoffen eine Spannungs-Dauerfestigkeit von mehr als 1000 Stunden bei 7,5 kV/mm aufweist.