DE60109422T2

DE60109422T2 - Mit verbesserter dielektrischer stärke glimmerbänder

Info

Publication number: DE60109422T2
Application number: DE60109422T
Authority: DE
Inventors: James D. B. Smith; Franklin T. Emery
Original assignee: Siemens Westinghouse Power Corp
Current assignee: Siemens Energy Inc
Priority date: 2000-02-24
Filing date: 2001-01-05
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2021-01-06
Also published as: US6190775B1; EP1258012A1; WO2001063624A1; JP4073209B2; KR20020075414A; KR100509631B1; EP1258012B1; JP2003530661A; DE60109422D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft Glimmerbänder mit erhöhter dielektrischer Festigkeit, bei denen Imprägnierungen mit Epoxidharzen und Epoxidharz-Chrom-, Epoxidharz-Zinn- und Epoxidharz-Zink-Ionenbindung in Glimmerblättchen-Trägermaterialien auf Kaliumbasis mit eingelagertem Chrom, Zinn und Zink verwendet werden, um hochspannungsfeste Glimmerbänder zur Verfügung zu stellen. Diese Glimmerband-Trägermaterialien können für unterschiedlichste Isolationsanwendungen für Ständer und Läufer von Generatoren verwendet werden. Die hohe dielektrischer Festigkeit wird ihre Verwendung als sehr dünne Isolations-Trägermaterialien ermöglichen.
Hintergrundinformation
Glimmer, der in kommerzieller Hinsicht als eine Gruppe von Hydroxylgruppen enthaltenden Kalium-Aluminium-Silikaten betrachtet wird, wie etwa KAl₂AlSi₃O₁₀(OH)₂ (Muskovit) oder KMg₃AlSi₃O₁₀(OH)₂ (Phlogopit), The Condensed Chemical Dictionary, 6. Ausgabe, Rheinhold Publishing, 1961, S. 752, ist seit langem ein wesentlicher Bestandteil von hochspannungsfesten elektrischen Masseisolationen 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 großen, durch Spalten erhaltenen Stücken oder Blättchen verwendet, die an einer elastischen, biegsamen Polyethylenglycol-Terephthalat-Matte oder einem Glasgewebe haften, so dass sie dadurch selbst ein isolierenden Trägermaterial zur Verfügung stellen, welches die mechanische Ganzheit aufweist, 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 Kunstharzes 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 während des Heizzyklus ausgehärtet. In der Praxis ist eine vollständige Beseitigung der Hohlräume schwierig, und obwohl das Glimmerband dick und voluminös ist und es schwierig ist, es auf den Wicklungen anzubringen, ist es der grundlegende Standard in der Branche geblieben.
Probleme mit Glimmer in der gegenwärtig zur Masseisolation 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 völlig 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. Mechanisch können die Hohlräume Stellen sei, an denen eine Delaminierung beginnen kann, die eine potentielle Auflösung der Wicklung verursacht.
In letzter Zeit ist sogar die Notwendigkeit der Verwendung von Glimmer für die Hochspannungsisolation in Frage gestellt worden. Bjorklund et al. von ABB lehrten 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 dünn war und sich einfach herstellen ließ, als Ersatz für Aramidpapier mit einem Gehalt von 50% Glimmerblättchen. 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), Inorganic Chemistry, 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, beschrieb Miller in "Tiny Clay Particles Pack Patent Properties Punch" (etwa: "Winzige Tonpartikel mit durchschlagendem Erfolg"), Plastics World, Fillers, Oktober 1997, 5. 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 ca. 0,5 Mikrometern bis 2 Mikrometer 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 um 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-Ton, in den 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 ("DMRC") 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 wurden. Es wird gelehrt, dass geeignete Polymere unter anderem Polyamide, Polyester, Polyurethane und Polyepoxide sind. Hierbei wurden organische Ammoniummoleküle in Natrium- oder Calcium-Montmorillonit-Ton-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 weiteren 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.).
Der Tendenz folgend, voluminöses Glimmerband wegen seiner "Sperrigkeit" und der Schwierigkeit der Benetzung mit Kunstharz nicht mehr zu verwenden, lehrte die am 26. Mai 1999 eingereichte US-Patentanmeldung Seriennr. 09/320.202 (RDM 98-001; ESCM 283139-00192; Smith und Emery) die Wechselwirkung eines Cr, Sn oder Zn enthaltenden Oligomers, welches in Zwischenräume in Plättchen eines auf Al·Si·O basierenden Materials eingelagert (interkaliert) worden war, mit einem Kunstharz wie etwa einem Epoxidharz, welches in Gegenwart von Cr, Sn oder Zn polymerisiert und eine harzartige Beimischung bildet, wobei die Plättchen etwa 3 Masseprozent bis 35 Masseprozent der harzartigen Beimischung darstellten. Diese harzartige Beimischung wurde direkt zur Beschichtung metallischer Leiter usw. verwendet, wodurch auf die Verwendung von Glimmerband oder anderen isolierenden Trägermaterialien auf Glimmerbasis verzichtet werden konnte. Obwohl Montmorillonit-Ton (Al₂O₃·4SiO₂·H₂O) das hauptsächlich verwendete Al·Si·O₂-Material war, wurde auch die Verwendung von Glimmersilikaten als Plättchen erwähnt – im Wesentlichen als Füllstoff in der Kunstharz-Beimischung. Die Einlagerung von Cr, Sn oder Zn in Al·Si·O-Materialien auf Kaliumbasis (Glimmer) erwies sich jedoch als schwierig, so dass sich Plättchen auf Tonbasis als zu bevorzugen erwiesen.
Obwohl Kunstharze, die Montmorillonit-Ton mit interkaliertem Metall enthalten, als zum Gießen/Eintauchen verwendete Kunstharze äußerst nützlich sind, bleibt die Notwendigkeit bestehen, die Interkalations-Technologie mit der Glimmer-Technologie auf eine solche Weise zu verschmelzen, dass die "Sperrigkeit" der Glimmerbänder verringert wird und die mit den Glimmerbändern verbundenen Probleme der Benetzung des Glimmers gelöst werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Deshalb besteht eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine verbesserte, kostengünstige, hochspannungsfeste elektrische Isolation mit imprägnierten Glimmerblättchen oder imprägniertem Glimmerband bereitzustellen, welche mit kleinen Querschnitten aufgebracht werden kann, dabei aber nach wie vor den Hochspannungsschutz gewährleistet und eine Hochspannungs-Dauerfestigkeit 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.
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 flexibles, elektrisch isolierendes Glimmerband bereitgestellt wird, welches einen flexiblen Träger und eine an dem Träger haftende Glimmermatrix-Struktur umfasst, wobei das Glimmerband außerdem eingelagerte Metallionen enthält, die aus der aus Cr, Sn, Zn und Gemischen davon bestehenden Gruppe gewählt sind, wobei Kunstharz und eingelagerte Metallionen in unmittelbarer Nähe der Glimmermatrix-Struktur angeordnet sind. Das Glimmerband kann 0,06 cm bis 0,3 cm dick sein; vorzugsweise ist das Glimmerband 0,005 cm bis 0,3 cm dick und auf einen Leiter gewickelt, wobei der Leiter eine Spulenwicklung aus Metall für dynamoelektrische Maschinen sein kann, wie etwa Stromgeneratoren von 7 kV oder mehr. Die nur aus Glimmer bestehende Matrix kann ganz oder teilweise durch glimmerähnliche Silikate wie etwa Kaolinit ersetzt werden. Zu dem Glimmer-Kunstharz-Gemisch können bis zu 50 Masseprozent, bezogen auf das Gewicht des Glimmers, zusätzliche Nanoton-Plättchen, in die wenigstens eines der Elemente Cr, Sn oder Zn eingelagert ist, zugegeben werden, um die elektrischen Eigenschaften noch weiter zu verbessern.
Die Erfindung beinhaltet außerdem ein Verfahren zur Herstellung eines flexiblen, elektrisch isolierenden Glimmerbandes, das für eine Verwendung als elektrische Isolierung geeignet ist und die folgenden Schritte umfasst: Bereitstellen eines Gemisches aus Glimmer, flüssigem Kunstharz und Ionen, die aus der aus Cr, Sn, Zn und Gemischen davon bestehenden Gruppe gewählt sind; Aufbringen des Gemisches auf einen Träger, so dass eine Glimmermatrix auf dem Träger gebildet wird und an diesem haftet, wobei das Kunstharz und die Metallionen in unmittelbarer Nähe des Glimmers angeordnet sind; Wickeln des Glimmerbandes um einen elektrischen Leiter; und Aushärten des Kunstharzes.
Besonders nützliche Kunstharze für das Imprägnieren der Glimmermatrix sind lösungsmittelfreie Polyepoxidharze (Epoxidharze), Styrol-Polyepoxidharze, Polyesterharze und 1,2-Polybutadienharze, die alle in Anwesenheit von Cr, Sn und Zn, die als Katalysatoren wirken, in Wechselwirkung treten und polymerisieren können. Die Spannungs-Dauerfestigkeit dieser Glimmer-Isolierelemente beträgt, wenn sie als Wickelband verwendet werden, mehr 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 zum Beispiel von füllstofffreiem Epoxidharz beträgt 1000 Stunden bei 188 Volt/Milli-Zoll; folglich können die Wickelbänder gemäß dieser Erfindung für Spannungen von bis zu 35 kV in Dicken von weniger als 0,063 cm (0,025 Zoll) aufgebracht werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und weitere Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ersichtlich:
1 zeigt ein gewickeltes, mit Kunstharz imprägniertes Glimmerband 16, das um eine Spulenwicklung gewickelt ist;
2, welche die Erfindung am besten zeigt, ist eine idealisierte Schnittdarstellung des Glimmerbandes gemäß dieser Erfindung;
3 ist eine idealisierte Schnittdarstellung eines Motors, welcher Spulenwicklungen enthält, die mittels einer Umwicklung mit der Glimmerbandisolierung gemäß dieser Erfindung isoliert sind; und
4 ist eine Schnittdarstellung eines Generators, welcher Spulenwicklungen enthält, die mittels einer Umwicklung mit der Glimmerbandisolierung gemäß dieser Erfindung isoliert sind.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird nun auf 1 der Zeichnungen Bezug genommen; sie zeigt eine Spulenwicklung 13, die eine Vielzahl von Windungen von Leitern 14 umfasst. Jede Windung des Leiters 14 besteht im Wesentlichen aus einem Leiter, wie etwa einer Kupferschiene oder einem Kupferdraht, der mit einer Windungsisolierung 15 umwickelt ist. Die Windungsisolierung 15 ist vorzugsweise aus einem faserstoffartigen Blatt oder Streifen hergestellt, das bzw. der mit einer Haftharz-Isolierung imprägniert ist. Obwohl die Haftharz-Isolierung auch ausschließlich aus einem Überzug aus unvernetztem Lack oder Kunstharz bestehen kann, besteht sie vorzugsweise aus einer Umwicklung aus Fasermaterial, die mit einem Haftharz behandelt wurde. Mit ebenso zufriedenstellenden Ergebnissen kann auch mit einem Haftharz behandeltes Glasfasergewebe, Papiergewebe oder ähnliches verwendet werden. Das Kunstharz, das auf die Windungsisolierungen aufgebracht wird, damit sie aneinander haften, kann ein Phenolharz, ein Alkydharz, ein Melaminharz oder ähnliches sein, oder ein Gemisch von zwei oder mehr der genannten Harzarten.
Die Isolierung der Windungen ist nicht in der Lage, den hohen Spannungsgradienten standzuhalten, welche zwischen dem Leiter und Masse vorliegen, wenn die Spulenwicklung in einen Hochspannungsgenerator eingebaut ist. Deshalb wird eine Masseisolation für die Wicklung vorgesehen, indem eine oder mehrere Schichten Glimmerband 16 um die Windung 14 gewickelt werden. Das Glimmerband gemäß der vorliegenden Erfindung wäre das Band 16. Ein solches zusammengesetztes Band 16 kann ein Papier oder Filz aus abgelegten kleinen Glimmerblättchen sein, oder es kann ein biegsames Stützblatt 18 umfassen, zum Beispiel aus Glasfasergewebe oder in Form einer Polyethylenglycol-Terephthalat-Matte, mit dem eine Schicht Glimmer, gewöhnlich in Form von Blättchen 20, mittels eines flüssigen Harzbindemittels verbunden ist. Das Band kann mit Überlappung auf halber Breite, ohne Überlappung oder auf andere Weise gewickelt werden. In Abhängigkeit von den Spannungsanforderungen wird im Allgemeinen eine Vielzahl von Schichten des zusammengesetzten Bandes 16 um die Spulenwicklung gewickelt. Um eine bessere Scheuerbeständigkeit zu bewirken und eine straffere Isolierung sicherzustellen, wird eine Umwicklung mit einem äußeren Band 21 aus einem zähen Fasermaterial, wie etwa Glasfaser o. ä., auf der Spulenwicklung angebracht.
Vorzugsweise sind die Glimmerblättchen selbst "ausschließlich aus Glimmer" bestehende Strukturen, bei denen es sich um Muskovit KAl₂AlSi₃O₁₀(OH)₂ oder Phlogopit KMg₃AlSi₃O₁₀(OH)₂ oder Gemische dieser beiden Stoffe handeln kann und in die während des Prozesses des Legens oder der Filzbildung des Papiers oder während des Verbindens mit dem Stützblatt Metallionen wenigstens eines der Metalle Cr, Sn oder Zn eingelagert werden. Glimmer ist insofern ein einzigartiger Werkstoff, als er eine hohe Festigkeit gegen Teilentladungen aufweist, wodurch er die Spannungs-Dauerfestigkeit erhöht und die Lebensdauer von Isoliermaterialien verlängert. Es wird nunmehr allgemein angenommen, dass der für dieses Schutzverhalten verantwortliche Mechanismus elektronischer und nicht physikalischer Natur ist. Durch die starken positiven Felder, die durch die matrixartig angeordneten K⁺-Ionen erzeugt werden, welche in den Gängen des Silikatgitters festgehalten werden, werden die Elektronen mit hoher Energie, die bei Teilentladungen entstehen (manchmal als "Elektronenlawinen" bezeichnet), abgebremst, und ihre Energie wird verringert. Dieser Effekt ist es, der dem Anschein nach hauptsächlich für die Schutzeigenschaften von Glimmer in Hochspannungsisolations-Systemen verantwortlich ist.
Wie weiter unten in dieser Patentanmeldung noch klarer ersichtlich wird, beruhen die hier verfolgten Ideen und technischen Vorgehensweisen auf diesem Mechanismus der Deaktivierung der Elektronen. Ein Mechanismus, mit dessen Hilfe Glimmer freie Elektronen wirksam einfangen kann, ist das Vorhandensein von K⁺-Ionen in den Gängen des Kristallgitters. Diese Ionen werden normalerweise sehr gut festgehalten und sind sehr wirksame "Fänger" freier Elektronen.
Die Ionen von Übergangsmetallen haben normalerweise eine höhere Ladung und eine geringere Größe und weisen folglich ein wesentlich höheres Verhältnis Ladung/Größe auf. Die Idee besteht darin, dass das Ersetzen von K⁺-Ionen in diesen Gängen des Kristallgitters durch Cr-, Sn- oder Zn-Kationen Isoliermaterialien mit einem sogar noch wirksameren Schutz vor Teilentladungen (und folglich einer höheren Spannungs-Dauerfestigkeit) ergeben wird als dies bei Glimmer allein der Fall ist. Dies liegt daran, dass das höhere Verhältnis Ladung/Größe dieser Metallionen eine noch wirksamere Verringerung der Energie der schnellen Elektronen bewirkt, welche für die Beschädigung der Isoliermaterialien verantwortlich sind.
Neben den weiter oben beschriebenen ausschließlich aus Glimmer bestehenden Strukturen können für bestimmte Anwendungen ähnliche Strukturen, die hier als "glimmerähnliche Silikate" definiert werden, als teilweiser oder vollständiger Ersatz für die ausschließlich aus Glimmer bestehenden Strukturen (wie etwa Muskovit oder Phlogopit) verwendet werden. Beispiele glimmerähnlicher Silikate sind Kaolinit Al₂O₃ · 2SiO₂ · 2H₂O, Halloysit Al₂O₃ · 3SiO₂ · 2H₂O und Chlorit (Mg, Fe, Al)₆(Si, Al)₄O₁₀(OH)₈. Somit kann die Glimmermatrix diese glimmerähnlichen Silikate mit Anteilen von 0% bis 100% umfassen oder enthalten. Eine ausschließlich aus Glimmer bestehende Struktur ist jedoch aufgrund ihrer geringeren Kosten zu bevorzugen.
Wahlweise können dem Glimmer Nanotone mit eingelagertem Cr, Sn, Zn in Mengen von bis zu 60 Masseprozent, bezogen auf das Gewicht des Glimmers, zugegeben werden, wobei ein sehr nützlicher Bereich der von 20 Masseprozent bis 50 Masseprozent ist. Die Nanotone sind gewöhnlich wesentlich kleiner als die Glimmerblättchen und können um diese herum und zwischen ihnen angeordnet werden, wie 2 zeigt. Ein Aspekt dieser Erfindung besteht darin, Nanotone mit eingelagerten ausgewählten Metallen zusammen mit den herkömmlichen Glimmerband-Materialien zu verwenden, um neue Unterstrukturen in diesen Glimmerbändern zu erzeugen, welche eine bessere Vermischung des zur Vakuumdruckimprägnierung (VPI) verwendeten Kunstharzes in den zusammengesetzten Schichten ermöglichen würden. Das angestrebte Ziel würde darin bestehen, innerhalb der Glimmerschichten Bereiche von Nanocomposite-Strukturen zu erzeugen, in denen das VPI-Harz in die Nanoton-Schichten eingelagert wird, so dass eine innige molekulare Dispersion von organischen/anorganischen Phasen bewirkt wird. Außerdem sorgt das Vorhandensein von eingelagerten Metallen (wenigstens eines der Metalle Cr, Sn oder Zn) für eine zusätzliche katalytische Aushärtung des VPI-Epoxidharzes, was verbesserte elektrische und mechanische Eigenschaften, eine höhere Zugfestigkeit und eine verbesserte thermische Belastbarkeit zur Folge hat.
Bei dieser Ausführungsform können den Glimmerblättchen zu Beginn während der Herstellung des Glimmerpapiers Nanotone mit eingelagerten ausgewählten Metallen zugegeben werden, um eine innige Dispersion dieser Nanoton-Teilchen mit den größeren Glimmerblättchen zu bewirken. Der Nanoton kann während des Herstellungsprozesses des Glimmerpapiers als eine wässrige Emulsion zugegeben werden. Da dieser Prozess der Papierherstellung bereits ein auf wässrigen Lösungen basierender Prozess ist, wäre diese Nanoton-Emulsion ein zweckmäßiges Verfahren, um das interkalierte Material den Glimmerblättchen beizumischen. Umgekehrt kann der Nanoton mit dem eingelagerten Metall dem Glimmerpapier als eine organische Lösung zugegeben werden, zusammen mit einem Haftharz (zum Beispiel Epoxidharz), um eine "Glimmer-Bindungs"-Stoffzusammensetzung herzustellen, welche in der Lage ist, beim Imprägnieren zwischen die Glimmerblättchen zu dringen. In beiden Fällen wäre zu erwarten, dass das Vorhandensein eines Akzelerators mit eingelagertem Metall (wenigstens eines der Metalle Cr, Sn oder Zn) in den Glimmerschichten die Zugfestigkeit, die mechanischen Eigenschaften und die Formbeständigkeitstemperatur (Heat Distortion Temperature, HDT) des zum Imprägnieren des Glimmerbandes verwendeten VPI-Harzes verbessert. Die sich aus diesen verbesserten Eigenschaften insgesamt ergebenden Vorteile würden es ermöglichen, die Dicke der Masseisolierung zu verringern (sogar um 25% oder mehr), was eine verbesserte Wärmeübertragung in den Generatorspulen und kompaktere Konstruktionen zur Folge hat. Ein nützlicher Nanoton für diese Anwendungen ist zum Beispiel ein Al·Si·O-Material, vorzugsweise Montmorillonit (Al₂O₃ · 4SiO₂ · H₂O).
Es wird nun auf 2 Bezug genommen; sie zeigt ein idealisiertes flexibles Glimmerband 16 mit einem flexiblen Glasfaser-Träger 18, welcher eine Glimmermatrix-Struktur 20 trägt, die Isolierharz 17 mit homogen verteilten, eingelagertes Metall aufweisenden Nanoton-Plättchen 19 und mit allgemein als Punkte 12 dargestellten eingelagerten Metallionen enthält. 3 zeigt eine Ausführungsform eines Motors im Querschnitt. Der Motor umfasst einen Anker 28 aus Metall, in dem Aussparungen 22 vorhanden sind, die isolierte Spulenwicklungen 23 enthalten, und der von einem Ständer aus Metall 24 umgeben ist, in dem Aussparungen 25 vorhanden sind, die entlang des Umfangs des Ständers in 26 angeordnet sind. Die Aussparungen des Ständers enthalten isolierte Spulenwicklungen 27. Bei der gesamten Isolation, mit der die Trägermaterialien der Spulenwicklungen 23 und 27 beschichtet sind, kann es sich um die harzhaltigen Stoffzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung handeln. 4 zeigt eine Ausführungsform eines Generators im Querschnitt. Der Generator umfasst Trägermaterial-Komponenten wie etwa einen Läufer 31 aus Metall, in dem Aussparungen 32 vorhanden sind, die isolierte Spulenwicklungen 33 enthalten, und der von einem Ständer aus Metall 34 umgeben ist, in dem Aussparungen 35 vorhanden sind, die entlang des Umfangs des Ständers in 36 angeordnet sind. Die Aussparungen des Ständers enthalten isolierte Spulenwicklungen 37 und können auch innere Kühlkanäle, die nicht dargestellt sind, enthalten. Bei der gesamten Isolation, mit der die Trägermaterialien der Spulenwicklungen 33 und 37 beschichtet sind, kann es sich um die harzhaltigen Stoffzusammensetzungen der vorliegenden Erfindung handeln.
Ein Typ einer harzhaltigen Stoffzusammensetzung, der bei dieser Erfindung als Isolierharz für die Imprägnierung 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 ein komplexes Gemisch aus Glycidylpolyethern, wobei sich ein Diglycidylether eines Epoxidharzes vom Bisphenol-A-Typ oder 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 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. Ebenfalls nützlich sind Epoxidharze die auf Liquid Crystal Thermoset (LCT; etwa: Flüssigkristall-Duroplast) Strukturen beruhen. Beispiele dieser Typen von Epoxidharzen sind in der US-Patentschrift Nr. 5.904.984 (Smith et al.) angegeben. Alle diese früher beschriebenen harzhaltigen Stoffzusammensetzungen werden hier im Weiteren als "Polyepoxidharze" definiert und bezeichnet.
Zu weiteren nützlichen Harzen gehören Polyester und 1,2-Polybutadienharze, 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 ungesättigten sauren Komponenten sind Maleinsäureanhydrid und Fumarsäure, während Phthalsäureanhydrid oder Adipinsäure oder Azelaic-Säure die 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. Ferner sind kurze Beschreibungen dieser Harze in Rose, The Condensed Chemical Dictionary, 6. Ausg., S. 909–911, (1961) zu finden.
Nützliche Oligomere, die verwendet werden können und Cr, Sn, Zn und deren Gemische enthalten, können eine dimere Struktur aufweisen. 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) sehr ausführlich dargelegt wird, wobei M=Cr ist. Gewöhnlich 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. Weitere besonders nützliche Oligomere sind Metall-2,4-pentandionate wie etwa Chrom(III)-2,4-pentandionat, welche ohne weiteres Nanoton-Strukturen zugegeben werden können, unter Verwendung von nicht wässrigen Lösungsmitteln wie etwa Methylethylketon (MEK) oder Ethylalkohol. Diese Oligomere kann man im optimalen Fall so miteinander reagieren lassen, dass dimere Ketten in Form von ebenen Blättern mit einer Dicke von ungefähr 0,0004 bis 0,0009 Mikrometern (4 bis 9 Angström) gebildet werden, was wohlbekannt ist und von Drljaca et al. in Inorganica Chimica Acta, 256 (1997), S. 151–154 gelehrt wird.
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 unmodifizierter Muskovit-Glimmer, Phlogopit-Glimmer oder tonartige Silikate wie etwa Montmorillonit oder deren Gemische, kann so behandelt werden, dass die Zwischenräume zwischen den Plättchen, aus denen sie bestehen, erweitert oder weiter "geöffnet" werden. 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.
Danach wird das Metall enthaltende Oligomer in den geöffneten auf Al·Si·O basierenden Stoff eingelagert oder innerhalb desselben angeordnet, das heißt, in diesen interkaliert, zum Beispiel in 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)-2,4-pentandionat, und indem anschließend der auf Al·Si·O₂ 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, wird anschließend in Wechselwirkung mit einer geeigneten harzartigen Stoffzusammensetzung 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. wird mit einer geeigneten harzartigen Stoffzusammensetzung gemischt. Das Verhältnis von Al·Si·O₂ zu Kunstharz beträgt etwa zwischen 3 Masseprozent und 35 Masseprozent, vorzugsweise 5 Masseprozent bis 20 Masseprozent, damit es möglich ist, das Glimmerband zu tränken. Beim Erwärmen vernetzt sich die harzartige Stoffzusammensetzung, mit der das Glimmer-Isolierelement getränkt wurde, so dass sie um den auf Al·Si·O basierenden Stoff herum und innerhalb desselben Polymere bildet.
Mit der resultierenden Stoffzusammensetzung kann das Glimmerpapier oder Glimmerband getränkt werden, mit dem anschließend ein elektrisches Bauteil umwickelt werden kann, zum Beispiel ein Draht, eine Spulenwicklung, ein elektronisches Bauelement oder ähnliches. Die isolierende Wirkung wäre dann außergewöhnlich und so stark, dass das Band in Wicklungen aufgebracht werden kann, die nur 0,06 cm dick sind. Wenn diese neuen dielektrischen Bänder in vollem Umfang entwickelt sind, könnten sie verwendet werden, um die Dicken von Masseisolationen auf Werte zu verringern, die sehr deutlich unter den derzeitigen Werten liegen. 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 Bänder würde eine Verwendung dieser extrem dünnen Isolationsschicht gestatten.
Die Erfindung wird nun anhand des folgenden Beispiels zusätzlich veranschaulicht.
BEISPIEL 1
HERSTELLUNG VON NANOTONEN MIT EINGELAGERTEN METALL-KATIONEN
Nanotone mit eingelagerten Metall-kationen wurden hergestellt, indem das Metalloligomer in einem Lösungsmittel wie etwa MEK gelöst wurde, anschließend das Nanoton-Pulver zugegeben wurde und ca. zwölf Stunden gerührt wurde. Typische Mengen der Bestandteile waren folgende:

Metalloligomer 8 g
Methylethylketon (MEK) 400 g
Nanoton-Pulver 40 g

Die erhaltene Lösung wurde nach dem Rühren gefiltert, und das resultierende Nanoton-Produkt mit eingelagerten Metall-Kationen wurde unter Vakuum bei 60°C getrocknet. In Tabelle 1 sind Einzelheiten zu drei der Nanoton-Produkte angegeben, die mit diesem Verfahren hergestellt wurden. Im Falle des Produkts mit eingelagertem Zink (d. h. Nanoton "G") wurde aufgrund der verbesserten Löslichkeit Butyl-Cellosolve anstelle von MEK verwendet.
TABELLE 1
HERSTELLUNG VON GLIMMERBAND-PROBEN
Glimmer-Bindungszusammensetzungen wurden auf eine Weise hergestellt, wie es die drei Beispiele in Tabelle 2 zeigen.
TABELLE 2
Die verwendeten Epoxidharze (DER 661 und DER 332) sind Bisphenol-A-Harze, die von der Dow Chemical Co. ohne weiteres bezogen werden können.
Es wurden Glimmerblatt-Proben von 21,6 cm × 27,9 cm (8,5 Zoll × 11 Zoll) hergestellt, indem eine abgewogene Menge Kunstharz-Lösung einem Glimmerblatt- und Glasgewebe-Stapel zugegeben wurde. Normalerweise wurden ein Blatt Glasgewebe und ein Blatt Glimmerpapier auf eine Toplader-Waage gelegt. Anschließend wurden dem Glimmerpapier tropfenweise die in Tabelle 2 angegebenen Glimmerbindungs-Lösungen zugegeben, bis das hinzugefügte Gewicht den gewünschten Harzgehalt im fertigen Trägermaterial erreichte, bezogen auf den Trockengehalt der Glimmerbindungs-Lösung. Die Mengen wurden so gewählt, dass sich Harzgehalte von 5%, 10% bzw. 15% (gewichtsbezogen) im fertigen Glimmerband ergaben. Nach einer Trocknung an Luft von 10 Minuten bis 15 Minuten wurde zusätzliches Lösungsmittel 6 Minuten bei 150°C entfernt. Die Glimmerblatt-Proben wurden anschließend im Hinblick auf ihre Flexibilität und Eignung zum Umwickeln von Kupferleitern geprüft.
Es ist zu erwarten, dass Glimmerbänder, die wie oben beschrieben hergestellt werden, verbesserte dielektrische Festigkeitseigenschaften aufweisen, die in einer Erhöhung ihrer Kurzzeit-Durchbruchspannung um wenigstens 23% und einer Erhöhung ihrer Spannungs-Dauerfestigkeit um mehr als 200 zum Ausdruck kommen.
Obwohl spezielle Ausführungsformen der Erfindung im Einzelnen beschrieben wurden, ist für Fachleute klar, dass verschiedene Änderungen und Alternativen zu diesen Einzelheiten im Rahmen der Grundideen der Erfindung entwickelt werden könnten. Dementsprechend sind die offenbarten speziellen Anordnungen nur als Beispiele zu verstehen und schränken den Umfang der Erfindung nicht ein, welcher durch den gesamten Umfang der beigefügten Ansprüche und sämtliche Entsprechungen derselben bestimmt wird.

Claims

Flexibles, elektrisch isolierendes Glimmerband, welches einen flexiblen Träger und eine an dem Träger haftende Glimmermatrix-Struktur umfasst, wobei das Glimmerband außerdem Isolierharz und Nanoton-Plättchen enthält, in die Metallionen eingelagert sind, die aus der aus Cr, Sn, Zn und Gemischen davon bestehenden Gruppe gewählt sind, und wobei die Einlagerungen enthaltenden Nanoton-Plättchen und das Kunstharz in unmittelbarer Nähe der Glimmermatrix-Struktur angeordnet sind.
Glimmerband nach Anspruch 1, wobei das Kunstharz aus der Gruppe gewählt ist, die aus Polyepoxidharzen, Styrol-Polyepoxidharzen, Polyamiden, Polyesterharzen und 1,2-Polybutadienharzen besteht.
Glimmerband nach Anspruch 1, das eine Spannungs-Dauerfestigkeit von mehr als 1000 Stunden bei 7,5 kV/mm (188 Volt/Milli-Zoll) aufweist.
Glimmerband nach Anspruch 1, das eine Dicke von 0,005 cm bis 0,3 cm aufweist, wobei die Glimmermatrix glimmerähnliche Silikate oder Chlorite umfasst.
Glimmerband nach Anspruch 1, wobei der Glimmer in der Form von Blättchen, die aus der Gruppe gewählt sind, welche aus Muskovit, Phlogopit und Gemischen davon besteht, die Form von Plättchen hat, in welche die Metallionen eingelagert sind, und wobei das Glimmerband eine Dicke von 0,06 cm bis 0,3 cm aufweist.
Glimmerband nach Anspruch 1, wobei die Nanoton-Plättchen Montmorillonit umfassen.
Glimmerband nach Anspruch 6, wobei das Isolierharz vernetzt werden kann, so dass es um die Glimmer- und Nanoton-Materialien herum bzw. in diesen Polymere bildet.
Elektrisch leitendes Element, welches ferner ein flexibles, elektrisch isolierendes Glimmerband nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst, wobei das Band um das Element gewickelt ist.
Element nach Anspruch 8, wobei das Band bis zu einer Dicke von maximal 0,063 cm angebracht wird, wobei das besagte Band eine Spannungs-Dauerfestigkeit von mehr als 1000 Stunden bei 7,5 kV/mm aufweist.
Wicklungsspule aus Metall, welche ferner ein flexibles, elektrisch isolierendes Glimmerband nach einem der Ansprüche 1 bis 7 umfasst, wobei das Band um die Wicklungsspule gewickelt ist.
Wicklungsspule nach Anspruch 10, wobei das Band bis zu einer Dicke von maximal 0,063 cm angebracht wird, wobei das besagte Band eine Spannungs-Dauerfestigkeit von mehr als 1000 Stunden bei 7,5 kV/mm aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines flexiblen, elektrisch isolierenden Glimmerbandes, das für eine Verwendung als elektrische Isolierung geeignet ist und die folgenden Schritte umfasst: (A) Bereitstellen eines Gemisches aus Glimmer, flüssigem Kunstharz und Nanoton-Plättchen, in die Metallionen eingelagert sind, die aus der aus Cr, Sn, Zn und Gemischen davon bestehenden Gruppe gewählt sind; (B) Aufbringen des Gemisches auf einen Träger, so dass eine Glimmermatrix auf dem Träger gebildet wird und an diesem haftet, wobei die Nanoton-Plättchen, das Kunstharz und die Metallionen in unmittelbarer Nähe des Glimmers angeordnet sind; (C) Wickeln des Glimmerbandes um einen elektrischen Leiter; und (D) Aushärten des Kunstharzes.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei glimmerähnliche Silikate den Glimmer in dem Gemisch von Schritt (A) ersetzen können.