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Verfahren zur Herstellung von wasserglashaltigen, elektrisch isolierenden
Überzügen auf Metallkörpern für elektrotechnische Zwecke , Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur Herstellung isolierender Überzüge auf Metallkörpern für elektrotechnische
Zwecke, wie Dynamoblechen und elektrischen Leitern aus Kupfer oder Aluminium u.
dgl. Es ist bekannt, auf Dynamoblechen isolierende Überzüge aus Wasserglas herzustellen.
Ein solcher Überzug i'st jedoch nur dann befriedigend, wenn die zu überziehende
Oberfläche metallisch rein ist, was sich in den meisten Fällen nicht erreichen läßt.
Vor allem aber führt die e -ia-ch-e Wasserglasisolierung zu Schwierigin
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keiten, wenn die isolierten Metallkörper bei der Verarbeitung einer Glühbehandlung
unterworfen werden. Eine solche Glühbehandlung ist insbesondere bei magnetischen
Stoffen erforderlich, um ihre Eigenschaften zu verbessern. Die bekannte Wasserglasisolierung
führt auch zu Störungen bei Maschinen und Apparaten, die während des Betriebes einer
Erhitzung ausgesetzt sind. Bei Erwärmen der Isolierung verdampft das Wasser. Infolgedessen
schwindet die Isolierschicht, sie bekommt Risse und platzt stellenweise ab. Ein
weiterer Mangel ergibt sich aus der Neigung der Wasserglasschicht, Wasser aufzunehmen
und aufzuquellen. Ferner besteht die Gefahr, daß das Wasserglas Kohlensäure aus
der Luft aufnimmt und dann Natriumcarbonat ausblüht. Man hat bereits vorgeschlagen,
der zur Erzeugung von Isolierschichten dienenden Wasserglaslösung einen organischen
Klebstoff zuzusetzen. Ein derartiger Zusatz verstärkt die Haftwirkung der Isolierschicht.
Bei hohen thermischen Beanspruchungen, insbesondere beim Glühen der isolierten Metallkörper,
aber verkohlt das organische Bindemittel, so daß sich die Isolierschicht von der
Metallunterlage löst. Auch der Zusatz von Salzen unedlerer Metalle und von Füll-
und Farbstoffen wurde bereits in Vorschlag gebracht. Brauchbare und beständige Überzüge
konnten auf diese Weise aber nicht erhalten werden.
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Sämtliche obenerwähnten Schwierigkeiten können erfindungsgemäß dadurch
beseitigt werden, daß man zur Herstellung des wasserglashaltigen Isolierüberzuges
eine wäßrige Lösung verwendet, die außer einem organischen Bindemittel und gegebenenfalls
einem Füll- und Farbstoff noch ein oder mehrere wasserlösliche Metallsalze enthält;
die edler sind als das zu isolierende Metall.
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Mit derartigen Lösungen lassen sich außerordentlich festhaftende Isolierschichten
erzeugen, die nach dem Trocknen hohen thermischen Beanspruchungen, und zwar auch
Glühunken unterworfen werden können, ohne abzuplatzen, sich aufzublähen oder sonst
ungünstig zu verändern. Für Eisenbleche
haben sich beispielsweise
wasserlösliche Salze von Nickel, Kupfer und Kobalt als brauchbar erwiesen. Beispielsweise
kann man Nitrate oder Hydrate dieser Metalle, und zwar vorzugsweise ammoniakalische
Lösungen benutzen: Auf die Güte der aus diesen Lösungen hergestellten überzüge bleibt
das Glühen ohne schädlichen Einfluß. Unter Umständen kann sogar eine Verbesserung
der Isolierfähigkeit festgestellt werden.
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Das günstige Ergebnis ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, däß
durch das in der Lösung befindliche Metall bzw. eine beim Er-. hitzen entstehende
Metallverbindung eine bessere Verankerung der Wasserglasschicht in der Oberfläche
des Grundkörpers erzielt wird. Aus der Beobachtung, daß Salze von edleren Metallen
besonders gute Ergebnisse bringen, kann geschlossen werden, daß bei der Trocknung
der . aufgebrachten Lösung eine hydroxydische Ausfällung stattfindet und daß-beim
Erhitzen des mit der Lösung. überzogenen Metallkörpers ein festhaftender Metallüberzug
entsteht, der eine poröse oder schwammige Beschaffenheit hat und dadurch eine innige
mechanische Bindung der Wasserglasschicht am Metallkörper zur Folge hat.
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Die Lösung wird durch Tauchen oder Spritzen-auf den zu überziehendenKörperaufgebracht
und darauf kurzzeitig bei. erhöhter Temperatur (ioo bis i 2o° C) getrocknet, um
das Wasser zu entfernen. Nachdem Trocknen ist @ die :Isolierschicht so beständig,
daß der Körper weiterverarbeitet werden kann.
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Das- außer dem Wasserglas und der Metallverbindung in der Lösung vorhandene
organische, Bindemittel hat bekanntlich die Wirkung; ein Aufblähen der Lösung beim
Tr ocknen zu verhindern. . Es können nur solche Bindemittel verwendet werden, die
mit dem Wasserglas nicht reagieren und es insbesondere nicht zum Gelatinieren bringen.
Einige 3Biridemittel- machen die Lösung dickflüssig, so' daß das Überziehen der
Metallflächen mit einer genügend dünnen Schicht erschwert ist. Es ist festgestellt
worden, daß Zuckerlösung allen geschilderten Anforderungen am besten entspricht.
Es empfiehlt sich im allgemeinen, der Lösung einen Füllstoff zuzusetzen. Auch für
diese Stoffe gilt die Bedingung, daß sie nicht mit dem Wasserglas oder dem Metallsalz
reagieren dürfen. Brauchbare Füllstoffe sind . u. a. Talkum, fein geschlämmter Ton,
Ultramarinfarben, Chromoxyd, Titanweiß, einige Ockerfarben. Der Füllstoff verhindert
das Aufblähen des Wasserglases beim Glühen. Er fördert beim Aufspritzen des Gemisches
die Bildung einer gleichmäßig dicken Schicht und wirkt als Distanzhalter. Die meisten
dieser Füllstoffe haben ferner eine Färbung der Lösung zur Folge, die es ermöglicht,
die Dicke des flberzuges auf Grund der Helligkeit und Dichte der Farbe beurteilen
zu können. Um diese Wirkung. zu erzielen oder zu verbessern, kann man auch in bekannter
Weise andere lediglich zur Färbung dienende Stoffe hinzufügen: So läßt sich die
Lösung bzw. der Füllstoff durch den Zusatz von Anilinfarben beliebig anfärben. Dieses
Mittel ermöglicht es auch, Lösungen und Isolierschichten verschiedener Beschaffenheit
ohne weiteres voneinander unterscheiden zu können.
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Zur Erläuterung der Erfindung ist in folgendem ein Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Zur Herstellung von Isolierüberzügen auf Dynamoblechen- kann in
der nachfolgend beschriebenen Weise verfahren werden. Benötigt werden folgende Bestandteile:
-i. Wasserglas: etwa ¢o bis 42°-B6, -2. Zuckerlösung: i Teil Zucker auf i Teil Wasser,
3. Füllstoff: go g Talkum, io g Titanweiß, ¢. Farbstofflösung: i Teil Kongorot,
5o Teile Wasser, 5. Salzlösung a) i o g Nickelnitrat wird in 3o ccm Wasser gelöst;
dann wird 50 ccm Ammoniak zugesetzt. Nachdem die Lösung klar ist, wird mit
Wasser auf ioo ccm aufgefüllt: b) io g Kupfernitrat wird in 3o ccm Wasser gelöst,
dann wird 5o ccm Ammoniak zugesetzt. Nachdem die Lösung klar ist; wird mit Wasser
auf ioo ccm aufgefüllt.
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Zum Gebrauch -werden 96 ccm Lösung a mit ¢ ccm Lösung b gemischt.
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Die Herstellung der Isolierflüssigkeit aus den oben angegebenen fünf
Bestandteilen und das Aufbringen der Flüssigkeit auf die zu isolierenden Bleche
kann wie folgt vorgenomf men werden.
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Gemischt werden 25o g Wasserglas, 5o bis 1 50 g Salzlösung,
ioo g Wasser, 2o g Zuckerlösung, 20 g Farbstofflösung, 75 g Füllstoff.
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Dieses Gemisch wird zweckmäßig wie folgt aus den fünf Bestandteilen
hergestellt.
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In das Wasserglas wird die Salzlösung langsam unter Umrühren eingegossen.
Das Gemisch- muß klär bleiben. Darauf wird die Zuckerlösung zugemischt.
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Die angegebene Menge Füllstoff wird mit der Farbstofflösung durchtränkt.
Der gefärbte Füllstoff wird in eine- Kugelmühle gegeben, das Wasserglas-Salz-Gemisch
zugegossen und in der Mühle gründlich gemischt. Darauf wird das Gemisch durch ein
Sieb gegossen; um etwaige grobe Verunreinigungen der Ausgangsstoffe zu entfernen.
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-Nunmehr ist däs Gemisch gebrauchsfertig. Es kann beispielsweise mit
einer Spritzpistole auf die zu isolierenden Bleche gebracht werden. ' Es sei ausdrücklich
darauf hingewiesen, daß
das oben ausführlich behandelte Verfahren
nur eines von zahlreichen Beispielen darstellt. Für Tauch- und Aufwalzverfahren
werden z. B. Lösungen verwendet, die konzentrierter sind und gegebenenfalls auch
mehr Füllstoffe enthalten. Wesentlich ist in erster Linie nur, daß die zur Erzeugung
der Isolierschicht verwendete Wasserglaslösung außer den übrigen je nach Lage des
Einzelfalles verschiedenen Zusatzstoffen ein oder mehrere wasserlösliche Salze solcher
Metalle Metall. die edler sind als das zu isolierende lYletall.
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In folgendem sind einige weitere Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung
behandelt. Auf elektrischen Leitern aus Kupfer oder Aluminium erzeugt man thermisch
hoch beanspruchbare Isolierungen im allgemeinen durch elektrolytische Verfahren.
Auf dem Aluminium- oder einem zunächst mit Aluminium überzogenen Kupferleiter wird
auf diese Weise eine Oxyd- oder Silicatschicht hergestellt. Die Erfindung ermöglicht
die Herstellung von thermisch hoch beanspruchbaren, festhaftenden Isolierüberzügen
auf elektrischen Leitern, die in vielen Fällen an Stelle der elektrolytisch behandelten
Leiter treten können. Die Leiter mit einer Isolierung gemäß der Erfindung sind im
allgemeinen einfacher,und dadurch wirtschaftlicher herstellbar.
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Die Erfindung ist ferner vorteilhaft für thermisch stark beanspruchte
Maschinen- und Apparatewicklungen. So werden beispiels%N,eise die Wicklungen von
Bahnmotoren dauernd hohen Temperaturen ausgesetzt. Sie müssen ferner imstande sein,
sich häufig abzukühlen und darauf wieder zu erhitzen, ohne daß die Isolierung Schaden
leidet. Isolierungen nach der Erfindung sind diesen Beanspruchungen gewachsen. Sie
behalten auch nach wiederholten Erhitzungen ihre günstigen Eigenschaften und werden
nicht brüchig.' Ein weiteres Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Herstellung
von Gitterstäben für elektrische Maschinen. Insbesondere ist die Erfindung vorteilhaft
anwendbar für die Erzeugung von Isolierbändern für die Turborotoren von Ljundström-Turbinen.
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Bei Krarupleitern hat man versucht, die ferromagnetische Bespinnung
der Kupferseele für sich zu isolieren. Das macht deswegen Schwierigkeiten, weil
die hochpermeablen Nickel-Eisen-Legierungen und damit auch die Baraufsitzende Isolierung
nach dem Fertigstellen des Krarupleiters einer Glühbehandlung unterworfen werden
müssen, um die erstrebten magnetischen Eigenschaften der Legierung. hervorzurufen.
Diesen hohen Beanspruchungen waren die bisher für diesen Zweck in Frage kommenden
Isolierungen nicht gewachsen, während das Verfahren nach der Erfindung auch in diesem
Falle brauchbare Ergebnisse liefert.