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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Film, der sich durch Corona-Beständigkeit
auszeichnet und Isolationsdrähte,
Spulen und Motoren, bei denen jeweils dieser Film als Isolationsmaterial
verwendet wird. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Kunststofffilm,
der eine verbesserte Corona-Beständigkeit
aufweist und in der Lage ist, die harten Anforderungen im Hinblick
auf die Anwendung von Wechselstromantriebsmotoren von elektrischen
Zügen in
den letzten Jahren zu erfüllen,
und das folgende wird durch Verwendung dieses Films hergestellt:
ein Isoliersystem, das durch Verwendung dieses Films hergestellt
wird und in der Lage ist, den Anforderungen für Laufwalzmittel bei höherer Geschwindigkeit
mit höherer
Beschleunigung und Verlangsamung gerecht zu werden, Isolationsdrähte, die
für Setzteile
für Motoren
verwendet werden und Spulen. Die Erfindung betrifft ebenfalls Motoren,
die durch unter Verwendung dieser Spulen hergestellt werden, insbesondere
solche Motoren, die auf Walzen montiert sind und durch Hochspannungsstrom
betrieben werden.
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STAND DER
TECHNIK
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Es
gibt einen wachsenden Bedarf hinsichtlich des Erreichens des Laufens
von Walzgut bei einer höheren
Geschwindigkeit mit einer höheren
Beschleunigung/Verlangsamung. Das Schaffen einer verstärkten Kapazität und einer
verkleinerten leichtgewichtigeren Struktur wird für die meisten
Motoren konstant gefordert. Eine größere Kapazität und eine
größenreduzierte
leichtgewichtigere Struktur der meisten Motoren sind durch die Ver einfachung
der Struktur, der Verbesserung der Leistung des magnetischen Materials
und ebenfalls über die
Verbesserung von thermischen Eigenschaften und Spannungsbeständigkeitseigenschaften
von Isolationsmaterialien gefördert
worden. Insbesondere trägt
die Schaffung einer größeren Kapazität und eine
größenreduzierte
leichtere Struktur nach der Einführung
von in Lastwagen montierten Hauptmotoren, die die Hauptmotoren vom
Suspensionstyp ersetzen, viel zur Entwicklung der Isolationstechnologie
bei. Eine Vielzahl von Isolationsmaterialien, die ausgezeichnete
Eigenschaften aufweisen, sind in den letzten Jahren entwickelt worden, und,
basierend auf der Verwendung dieser Isolationsmaterialien, ist weiterhin
eine Erhöhung
der Kapazität
und eine weitere Größenreduzierung
und Gewichtsreduktion immer wieder gefordert worden. Beispielsweise
ist das Motordrehmoment drastisch seit 1970 verbessert worden als
Ergebnis der Einführung
der H-Levelisolierung nach der Verwendung von Polyimidharzen, die
eine ultra hohe Beständigkeit
gegenüber
Hitze als Isolationsmaterial zeigen.
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Nicht
nur eine hervorragende thermische Beständigkeit, sondern auch stabile
mechanische und elektrische Eigenschaften in einem breiten Temperaturbereich
sind ebenfalls für
die oben erwähnten
Isolationsmaterialien angesagt. Genauer gesagt, werden auch die
Zugfestigkeit im Bezug auf die thermische Schädigung und die dielektrische
break-down-Festigkeit in Bezug zur thermischen Schädigung in
die Bewertung einbezogen. Außerdem
ist ebenfalls eine Corona-Beständigkeit
für Isolationsmaterialien
erforderlich. Insbesondere ist die Corona-Beständigkeit kritischer in den
letzten Jahren gesehen worden, im Hinblick auf die Einführung von Wechselstrom
für Antriebsmotoren
für elektrische
Züge.
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Die
Einführung
von AC-Motoren ist weiterhin deswegen untersucht worden, um die
Größe zu verringern
im Vergleich zu derjenigen von DC-Motoren, und die Drehzahl sollte
erhöht
werden, was zu einem erhöhten
Drehmoment führt,
so dass eine Instandhaltung ohne weiteres aufrechterhalten werden
kann. Für
die Eigenschaften von Isolationsdrähten und Spulen ist ein solcher
Film mit ausgezeichneter Wärmebeständigkeit, stabilen
mechanischen und elektrischen Eigenschaften und ausgezeichneter
Corona-Beständigkeit
erwünscht.
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Polyimidfilme
haben sich nicht nur im Hinblick auf die thermische Beständigkeit
als zufrieden stellend erwiesen, sondern ebenfalls im Hinblick auf
die mechanischen und elektrischen Eigenschaften, und deswegen können sie
in geeigneter Weise als Isolationsmaterial von Hauptmotoren verwendet
werden. Allerdings haben sich Polyimidfilme nicht immer als zufrieden
stellend bei der Corona-Beständigkeit
erwiesen. Deswegen ist einiges unternommen worden, um die Corona-Beständigkeit
von Polyimidfilmen zu verbessern.
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Zur
Verbesserung der Corona-Beständigkeit
eines Polyimidfilms sind bereits eine Vielzahl von Methoden angewendet
worden, wie die Haftung von aggregiertem Glimmer an einem Polyamidfilm
oder die Dispersion von Füllstoffmaterial,
wie Glimmer, Aluminiumoxid oder Siliciumoxid, in einem Polyimidfilm.
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Allerdings
wegen der hohen Kosten des aggregierten Glimmers und der geringen
Verlässlichkeit
des Haftungsmittels für
die Haftung des aggregierten Glimmers auf den Kunststofffilm und
somit auch wegen der erhöhten
Zahl an Prozessstufen, führt
die Herstellung dieses Isolationsfilms, der einen Kunststofffilm
mit daran haftendem aggregierten Glimmer umfasst, zu erhöhten Kosten.
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Bei
der Dispersion von Füllstoffmaterialien
in einem Kunststofffilms erhöhen
sich die Produktionskosten wegen der komplizierten Schritte bei
der Änderung
der Füllstoffarten
während
der Herstellung des Films. Genauer gesagt, wenn ein Poly imidfilm
als Kunststofffilm verwendet wird, beispielsweise, wie in 9 gezeigt ist,
beginnt das Produktionsverfahren mit der Synthese und Polymerisation
eines Lacks, der ein Vorläufer
von Polyimid ist, durch vereintes Zuführen von Rohmaterial aus Lack
und Füllstoffmaterial
in ein Reaktionsbad 1 und dann wird dieser Lack in einen
Zwischenlacktank 2 geführt,
wonach eine Stufe folgt, in der der Lack aus dem Zwischentank 2 mit
einem reaktiven Härtungsmittel
in einem Mischer 3 gemischt wird, bevor eventuell der Filmgießprozess
durchgeführt
wird, was somit sehr lange Prozessschritte erfordert. Wie oben beschrieben wurde,
weil sehr lange Stufen durchgeführt
werden müssen,
bis der endgültige
Filmgießprozess
erreicht wird, nachdem der Lack, der ein Polyimidvorläufer ist,
synthetisiert und polymerisiert wurde, und wann auch immer die Art
des hinzuzufügenden
Füllstoffs
geändert
wird, kommt es zu einem außerordentlich
mechanischen Verlust beim Waschen der Einrichtungen und dergleichen.
Dieses wiederum führt
zu einem Anstieg der Kosten des hergestellten Films, was wiederum
ein kritisches Problem bei der Verwendung eines Polyimidfilms als
Isolationsmaterial hervorruft.
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Des
Weiteren führt
die Zugabe einer erhöhten
Füllstoffmenge
in den Film zu einer verbesserten Corona-Beständigkeit. Allerdings gibt das
wieder Probleme im Hinblick auf die mechanische Festigkeit des Films, die
dabei verringert wird. Obwohl die Zugabemenge bis zu einem gewissen
Ausmaß in
Abhängigkeit
der Füllstoffart
variiert, ist, bei der Zugabe von Aluminiumoxid mit einer mittleren
Teilchengröße in Größenordnungen von
nm, die Zugabemenge auf etwa 20 Gew.-% beschränkt. Demzufolge sind die herkömmlichen
Methoden der Zugabe von Füllstoff
nicht dazu geeignet, die Corona-Beständigkeit des Films drastisch
verbessern zu können.
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Als
Stand der Technik haben die japanischen offengelegten Patentveröffentlichungen
SHO-50-665343 (1975) und HEI-4-122783 (1992) jeweils ein
Verfahren zur Verbesserung der thermischen Strahlung oder Corona-Beständigkeit
vorgeschlagen, mit denen eine beschichtete Substanz mit einer Dicke
von 15 bis 20 μm hergestellt
wird, die zufrieden stellende thermische Strahleneigenschaften aufweist.
Nichts desto trotz, wegen der Dicke der beschichten Substanz nach
dem obigen Stand der Technik, wenn gewickelte Isolationsdrahte oder
Isolationsspulen durch unter Anwendung der oben beschriebenen beschichteten
Filme hergestellt werden, kommt es zu einer Vergrößerung der
Gesamtgröße des Isolationsdrahtes
oder der Isolationsspule wegen der substantiellen Dicke des Films,
wenn der beschichtete Film um jeden Draht gebunden wird. Da es aus
der Sicht der Arbeitsvereinfachung wesentlich ist, dass ein geeigneter
Film dünner
ist und gänzlich
zufrieden stellend hinsichtlich seiner elektrischen Eigenschaften
ist, wozu die Corona-Beständigkeit
bei der Verwendung der neuesten Kompakt- und Hochoutput-Motoren
zählt,
bleibt die praktische Anwendung der oben erwähnten Filme immer noch schwierig.
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Um
somit die oben beschriebenen Probleme vollständig zu lösen, indem der oben genannte
Stand der Technik aus der Sicht existierender industrieller Anforderungen
verbessert wird, haben die Erfinder die vorliegende Erfindung als
Ergebnis der Verfolgung intensiver Studien und Experimente gemacht.
Genauer gesagt, die Erfinder haben einen neuen Film erfunden, der
in der Lage ist, eine gute mechanische Festigkeit und Isolationseigenschaften
eines Kunststofffilms, wie ein Polyimidfilm, der das Basismaterial
für ein
Isolationsmaterial ist, auszubilden, wobei der neue Film mit einer
ausgezeichneten Corona-Beständigkeit
ausgestattet ist, ohne dass sich die Dicke des Basismaterials signifikant ändert. Demzufolge,
bei der Verwendung des neuen Films, ist es möglich, ein Filmmaterial zur
Verfügung
zu stellen, das für
die Bereitstellung einer kompakten Größe und eines Hochleistungspotentials,
welche für
das neueste Isolationsmaterial bei günstigen Kosten erforderlich sind,
geeignet ist. Des Weiteren stellt die vorliegende Erfindung ebenfalls
verbesserte Isolationsdrähte, Isolationsspulen
und elektrische Motoren zur Verfügung,
die jeweils in der Lage sind, den neuesten Bedürfnissen hinsichtlich den neuesten
Anforderungen der Bereitstellung einer höheren Laufgeschwindigkeit und
einer höheren
Beschleunigungs-/Verlangsamungs-Funktion von Walzgut zu entsprechen.
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In
der
GB 1 006 622 wird
ein Verfahren zur Verbesserung der Oberflächeneigenschaften eines Polypropylenfilms
beschrieben, worin dieser Film eine Oxidationsbehandlung unterworfen
wird, die dann gefolgt wird durch Beschichten des Films mit einem
Polymer, das Sauerstoff in seinen Haupt- oder Seitenketten enthält, wonach
dann der auf diese Weise behandelte Film mit einer Vakuummetallisierung
metallisiert wird.
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OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
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Der
Gegenstand eines Films mit ausgezeichneter Corona-Beständigkeit
umfasst erfindungsgemäß, dass
eine anorganische Verbindung oder anorganische Substanz, die in
Anspruch 1 definiert ist, mit einer minimalen thermischen Leitfähigkeit
von 2 W/m·K
auf mindestens einer einzelnen Oberfläche eines Basisfilms davon
laminiert ist.
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Insbesondere
beträgt
in diesem Film mit ausgezeichneter Corona-Beständigkeit die thermische Leitfähigkeit
der anorganischen Verbindung oder anorganischen Substanz wünschenswerter
Weise ein Minimum von 6 W/m·K,
bevorzugt ein Minimum von 15 W/m·K.
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In
diesem Film mit ausgezeichneter Corona-Beständigkeit umfasst dieser Basisfilm
einen Polyimidfilm.
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Der
Gegenstand eines erfindungsgemäßen Isolationsdrahts
umfasst einen einzelnen elektrischen Draht oder eine Vielzahl dieser
Drähte,
die mit diesem Film mit ausgezeichneter Corona-Beständigkeit
umwickelt sind.
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Der
Gegenstand einer erfindungsgemäßen Spule
stellt folgendes dar, dass eine Vielzahl dieser Isolationsdrähte zusammengebündelt sind
und diese gebündelten
Isolationsdrähte
mit dem Isolationsmaterial umwickelt sind.
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Des
Weiteren umfasst der Gegenstand eines erfindungsgemäßen Elektromotors,
dass dieser Elektromotor unter Anwendung dieser Spulen hergestellt
ist.
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Durch
das Laminieren von Schichten einer anorganischen Verbindung oder
anorganischen Substanz mit hoher thermischer Leitfähigkeit
mindestens auf eine einzelne Oberfläche eines Basisfilms oder durch
Einstellen des elektrischen Oberflächenwiderstands und des elektrischen
Volumenwiderstands mindestens auf einer einzelnen Oberfläche des
Basisfilms auf einen spezifischen Wert verhindert die vorliegende
Erfindung, dass sich Hitze auf der Filmoberfläche ansammelt, womit die Corona-Beständigkeit
verbessert wird, ohne dass die mechanische Festigkeit des Films
verschlechtert wird.
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Im
Allgemeinen wird verstanden, dass der Coronaabfall, der sich in
einem Film (einem Isolationsmaterial) bildet, durch drei Arten von
Mechanismen beschleunigt werden kann, wozu die Kettenreaktion von
Radikalen, die durch Kollision zwischen Elektronen und Ionen erzeugt
werden, der Abfall über
Oxidation, die durch das durch Corona erzeugte Ozon verursacht wird
und der thermische Abfall, der durch die Joule-Wärme verursacht wird, zählen. Demzufolge
haben die Erfinder die Möglichkeit
einbezogen, die Corona-Beständigkeit eines
Films zu verbessern, indem verhindert wird, dass sich Hitze auf
der Filmoberfläche
ansammelt.
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Konkret
gesehen, als Mittel dafür
zu verhindern, dass sich Hitze auf der Filmoberfläche ansammelt, verhindert
die Erfin- dung, dass sich darauf erzeugte Hitze ansammelt, durch
Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit auf der Filmoberfläche über die
Laminierung einer anorganischen Verbindung oder einer anorganischen
Substanz mit hoher thermischer Leitfähigkeit als hoch-effektive
thermische leitfähige
Schichten auf mindestens einer einzelnen Oberfläche des Basisfilms. Durch die
Unterdrückung
der thermischen Ansammlung auf der Filmoberfläche, ist es nicht nur möglich, zu
verhindern, dass der Film thermisch zerstört wird, sondern es ist ebenfalls
möglich,
die Beschleunigung der Reaktion zu verzögern, die anderenfalls einen
Coronaabfall über
eine Kettenreaktion von Radikalen und eine Zerstörung des Films über eine
Oxidation verursacht, was somit effektiv die Corona-Beständigkeit
des Films verbessert.
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Es
ist erwünscht,
dass eine geeignete anorganische Verbindung oder anorganische Substanz
mit hoher thermischer Leitfähigkeit
insbesondere aus einem Metalloxid, -nitrid, -carbid oder -silicid
gewählt
wird. Jede der oben erwähnten
anorganischen Verbindungen oder anorganischen Substanz zeigt eine
zufrieden stellende Haftung auf dem Film und kann ohne weiteres
darauf bei niedrigen Kosten laminiert werden, und deswegen ist es
möglich,
diesen Film mit außerordentlich
ausgezeichneter Corona-Beständigkeit
herzustellen.
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Mit
Blick auf die Kosten ist es selbstverständlich, dass die Haftung über eine
Verdampfung, wozu die Vakuumverdampfung, wie das Elektronenstrahlerhitzen
oder Ionenplattieren, das Sputtern gehören, oder die Haftung über eine
Plattierungsmethode, optimal ist für die Laminierung der anorganischen
Verbindung oder anorganischen Substanz, um somit hoch thermisch
leitfähige
Schichten und Schichten mit niedrigem elektrischen Widerstand auf
mindestens einer einzelnen Oberfläche eines Films zu erzeugen.
Demzufolge kann das Laminieren einer anorganischen Verbindung oder
anorganischen Substanz auf mindestens einer einzelnen Oberfläche eines
Films durch Anwendung der Verdampfungsadhäsion oder des Plattierens,
die Corona-Beständigkeit
des Films bei niedrigen Kosten verbessert werden. Bei der Verwendung
einer elektrisch leitenden Farbe zum Auftragen einer Schicht mit
geringem elektrischem Widerstand auf der Filmoberfläche, um
die Corona-Beständigkeit
zu verbessern, ist es wesentlich, dass die Dicke der elektrisch
leitenden Schicht mehr als Größenordnungen
von μm beträgt.
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Der
erfindungsgemäße Film
mit der ausgezeichneten Corona-Beständigkeit,
der nach den obigen Verfahren hergestellt wird, weist eine geeignete
mechanische Festigkeit des Basisfilms auf, ohne dass irgendeine Verschlechterung
auftritt. Demzufolge ist die Erfindung auf alle Filme durch Verbesserung
der Corona-Beständigkeit
anwendbar. Insbesondere kann durch Anwenden der Erfindung auf einen
Isolationsfilm, der einen Polyimidfilm als Basis verwendet, ein
solcher verlässlicher
Film mit ausgezeichneter thermischer Beständigkeit, mechanischer Festigkeit
und elektrischer Eigenschaft, der in idealer Weise dafür geeignet
ist, als Isolationsmaterial in der Struktur von Hauptmotoren zu
dienen, hergestellt werden. Nach einer konventionellen Methode zur
Verbesserung der Corona-Beständigkeit
eines Polyimidfilms sind die Herstellungskosten dieses Isolationsfilms
immer noch ziemlich hoch, was zu einem kritischen Problem führt. Allerdings
können
die Produktionskosten drastisch durch Anwenden der Erfindung herabgesetzt
werden.
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Aufgrund
der oben beschriebenen Struktur stellt die Erfindung einen solchen
neuen Film zur Verfügung,
der eine ausgezeichne te Corona-Beständigkeit aufweist, ohne dass
die entsprechende mechanische Festigkeit des Films erniedrigt wird.
Demzufolge sind Isolationsdrähte
und -spulen, die unter Verwendung des Films mit der ausgezeichneten
Corona-Beständigkeit
hergestellt worden sind, dafür
geeignet, Teile von Motoren, wie AC-Motoren, für die eine Corona-Beständigkeit
insbesondere erforderlich ist, herzustellen. Durch Verwenden der
erfindungsgemäßen Spulen
können
Motoren, insbesondere solche, die in elektrischen Zügen und Fahrzeugen
eingebaut werden können,
mit signifikant erhöhter
Kapazität,
reduzierter Größe und leichterem Gewicht
zur Verfügung
gestellt werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 und 2 sind
jeweils vergrößerte Querschnittsansichten
zur Erläuterung
eines beispielhaften, erfindungsgemäßen Films mit ausgezeichneter
Corona-Beständigkeit;
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3 zeigt
eine Erläuterung
von beispielhaften Anwendungen des erfindungsgemäßen Films mit der ausgezeichneten
Corona-Beständigkeit;
worin 3(a) eine vergrößerte Querschnittsansicht
eines beispielhaften Films für
die Umwicklung eines elektrischen Drahts darstellt, womit diesem
eine ausgezeichnete Corona-Beständigkeit
verliehen wird und 3(b) ist eine vergrößerte perspektivische
Ansicht zur Erläuterung
von Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Isolationsdrähte;
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4 ist
eine vergrößerte perspektivische
Ansicht zur Erläuterung
einer erfindungsgemäßen, beispielhaften
Spule;
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5 und 6 sind
jeweils vergrößerte Querschnittsansichten
zur Erläuterung
eines anderen Beispiels eines Films zur Umwicklung eines elektrischen
Drahts, der hergestellt wird, indem der erfindungsgemäße Film
mit der ausgezeichneten Corona-Beständigkeit angewendet wird;
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7 erläutert ein
Messgerät
zur Bewertung des Coronawiderstands;
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8 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines Teils des Messgeräts,
das in 7 gezeigt ist, welches einen Mittelbereich zwischen
den Elektroden zeigt und
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9 erläutert die
Stufen der Herstellung eines neuen Polyimidfilms mit einer Corona-Beständigkeit, die
im Hinblick auf die herkömmliche
Corona-Beständigkeit
verbessert ist.
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OPTIMALE AUSFÜHRUNG DER
ERFINDUNG
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Mit
Bezug auf die anliegenden Zeichnungen werden nun praktische Beispiele
eines neuen, erfindungsgemäßen Films
mit hoher Corona-Beständigkeit,
eines Isolationsdrahts, einer Isolationsspule und eines Motors,
jeweils unter Anwendung eines Isolationsmaterials, das den erfindungsgemäßen Film
umfasst, beschrieben.
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1 zeigt
ein Beispiel für
einen neuen, erfindungsgemäßen Film
mit hoher Corona-Beständigkeit, worin
eine hoch thermisch leitfähige
Schicht 14 auf einer einzelnen Oberfläche eines Basisfilms 12 einer
Filmstruktur 10 gebildet ist, so dass verhindert werden
kann, dass sich Hitze auf der Filmoberfläche ansammelt. Die thermisch
leitfähige
Schicht 14 wird durch La minieren einer anorganischen Verbindung
oder einer anorganischen Substanz, die ein Minimum von 2 W/m·K an thermischer
Leitfähigkeit
enthält,
gebildet. Es ist bevorzugt, dass die thermische Leitfähigkeit
der anorganischen Verbindung oder der anorganischen Substanz ein Minimum
von 6 W/m·K
aufweist, und es ist außerdem
weiterhin bevorzugt, dass die thermische Leitfähigkeit dieser anorganischen
Verbindung oder anorganischen Substanz ein Minimum von 15 W/m·K aufweist.
Durch das Ausbilden der hoch thermisch leitfähigen Schicht 14 auf
der Oberfläche
des Basisfilms 12 durch Laminieren der anorganischen Verbindung
oder anorganischen Substanz, die eine wesentliche thermische Leitfähigkeit
aufweist, wie oben beschrieben, wird die thermische Leitfähigkeit
auf der Oberfläche
des Films verbessert, wodurch es möglich wird, dass sich Hitze,
die sich normalerweise auf der Filmoberfläche ansammelt, schnell und
leitend abgeführt
wird, was somit die Corona-Beständigkeit
verbessert.
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Wie
in 2 außerdem
gezeigt ist, ist es ebenfalls möglich,
diesen Film 16 mit zwei thermisch leitfähigen Schichten 14,
die auf beiden Oberflächen
des Basisfilms 12 ausgebildet sind, zur Verfügung zu
stellen. Der Film 16 zeigt eine noch bessere Corona-Beständigkeit
als der Film 10 mit einer einzelnen thermisch leitfähigen Schicht 14,
die auf einer einzelnen Oberfläche
des Basisfilms 12 ausgebildet ist.
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Anorganische
Verbindungen, die eine wesentliche thermische Leitfähigkeit
aufweisen, sind beispielsweise Bornitrid, Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid,
Zirconiumnitrid, Calciumoxid, Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Berylliumoxid,
Titaniumoxid, Zirconiumoxid, Thoriumoxid, Titaniumcarbid, Siliciumcarbid,
Molybdänsilicid
oder dergleichen.
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Bei
der Bildung des Laminats kann jede dieser anorganischen Verbindung
einzeln oder im Gemisch mit „Mullit" (3Al2O3·2SiO2) oder „Spinell" (MgO·Al2O3) oder im Gemisch mit verschiedenen Arten
von anorganischen Verbindungen verwendet werden. Nicht nur die oben
erwähnten
Verbindungen, sondern jede dieser anorganischen Verbindungen oder
anorganischen Materialien, die eine wesentliche thermische Leitfähigkeit
aufweisen, wie ein Metalloxid, Metallnitrid, Metallcarbid oder Metallsilicid,
ebenfalls verwendet werden.
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Es
gibt keine Einschränkung
hinsichtlich des Verfahrens zur Bildung der hoch thermisch leitfähigen Schicht
auf einer einzelnen Oberfläche
oder auf beiden Oberflächen
des Films. Allerdings mit Blick auf die Herstellungskosten ist für die Auftragung
darauf die Haftung über
die Verdampfung, einschließlich
die Vakuumverdampfung, wie die Elektronenstrahlen-Erhitzungsmethode
oder die Ionenplattierungsmethode oder das Sputtern, oder die Haftung über ein
Plattierungsverfahren, geeignet. Durch Laminieren der oben erwähnten anorganischen
Verbindung auf einer einzelnen Oberfläche oder beiden Oberflächen des
Films durch Anwenden der Verdampfungshaftungsmethode, kann entweder
der neue Film 10 oder der neue Film 16 mit den
erfindungsgemäßen hohen
ausgezeichneten Corona-Beständigkeitseigenschaften,
welche in den 1 oder 2 gezeigt
ist, hergestellt werden.
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In
der vorliegenden Erfindung gibt es keine Einschränkungen hinsichtlich der Dicke
der oben erwähnten
hoch thermisch leitfähigen
Schicht 14, allerdings kann die Dicke innerhalb eines Bereichs
bestimmt werden, worin der Film selbst als Isolationsmaterial fungiert,
in Abhängigkeit
jeweils von der Art der anorganischen Verbindung oder anorganischen
Substanz, die laminiert werden soll, um die hoch thermisch leitfähige Schicht 14 herzustellen.
Wenn beispielsweise die hoch thermisch leitfähige Schicht 14 durch
ein Laminat aus einer anorganischen Verbindung mit hoher thermischer
Leitfähigkeit
in einer Dicke im Bereich von einigen hundert Angstrom (Å) bis mehreren
tausend Angstrom (Å)
gebildet wird, zeigt die gebildete Schicht 14 eine Corona-Beständigkeit,
die etwas das Doppelte oder mehr als das Doppelte der Bewertung
eines konventionellen Films ausmacht. Je größer die thermische Leitfähigkeit
der verwendeten anorganischen Verbindung und je dicker die Schichtdicke
ist, umso höher
ist die erhaltende Corona-Beständigkeit
des hergestellten Films. Demzufolge zeigte der vollständige erfindungsgemäße Film
eine ausgezeichnete Corona-Beständigkeit
im Bereich des etwa 1,5-fachen bis 2-fachen als herkömmliche
Filmen. Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, kann die Corona-Beständigkeit
durch Ausbilden eines Dünnfilms
aus einer anorganischen Verbindung über die Verdampfungshaftung,
obwohl er eine extrem dünne
Dicke von einigen hundert Angstrom (Å) bis einigen tausend Angstrom
(Å) aufweist,
zu einem vollen Ausmaß verbessert
werden.
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Obwohl
alle Arten eines Kunststofffilms zur Herstellung des Basisfilms 12 verwendet
werden können, ist
es insbesondere erwünscht,
dass dafür
ein Polyimidfilm verwendet wird. Der Grund ist darin zu sehen, dass, da
der Polyimidfilm nicht nur eine ausgezeichnete thermische Beständigkeit
aufweist, sondern ebenfalls eine stabile mechanische Festigkeit
und elektrische Eigenschaft gegenüber einer Temperatur in einem
außerordentlichen
Ausmaß zeigt,
der Polyimidfilm durch alleiniges Verbessern der Corona-Beständigkeit
in ein extrem verlässliches
Isolationsmaterial umgewandelt werden kann.
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Der
erfindungsgemäße Film
mit ausgezeichneter Corona-Beständigkeit,
der nach den oben beschriebenen Verfahren hergestellt ist, ist bei
weitem besser im Hinblick auf die Corona-Beständigkeit als unverarbeitete
Filme. Wenn insbesondere ein Polyimidfilm als Basisfilm verwendet
wird, dann hat dieser nicht nur eine ausgezeichnete Corona-Beständigkeit,
sondern der Polyimidfilm weist ebenfalls eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit,
eine extrem stabile mechanische Festigkeit und elektrische Eigenschaft
auf, und da der Polyimidfilm günstig
hergestellt werden kann, wird der Polyimidfilm bevorzugt als Isolationsmaterial
verwendet, für den
nachträglich
eine Corona-Beständigkeit
erforderlich wird.
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Wenn
man den erfindungsgemäßen Film
mit der ausgezeichneten Corona-Beständigkeit als Isolationsmaterial,
wie beispielsweise in 3(a) gezeigt,
verwendet, ist es ebenfalls praktikabel, anfangs einen Wickelfilm 20 herzustellen,
durch Herstellen einer Haftmittelschicht 18, die ein Fluorkohlenstoffharz
oder dergleichen umfasst, und dann, wie in 3(b) gezeigt,
wird der Wickelfilm 20 auf die Peripherie eines Stücks eines Kupferdrahts
in länglicher,
eckiger Form 22 beispielsweise umwickelt, um einen Isolationsdraht 24 herzustellen durch
externes Ausstatten einer Oberfläche
mit einer hoch thermisch leitenden Schicht oder einer Schicht mit niedrigem
elektrischen Widerstand 14 darauf.
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Bei
der Herstellung dieses Wickelfilms 20 kann die Haftmittelschicht 18 aus
einer Schicht aus einem Fluorkohlenstoffharz oder einer Schicht
aus einem Epoxidharz oder einer Schicht aus einem Silikonharz oder einer
Schicht aus einem Polyimidharz zusammengesetzt sein. Wie bei dem
Basisfilm 12 ist es erwünscht,
dass die Haftmittelschicht 18 gleichzeitig eine thermische
Beständigkeit,
mechanische und elektrische Eigenschaften aufweist, und somit ist
es insbesondere erwünscht,
dass die Haftmittelschicht 18 ausgezeichnete Isolationseigenschaften
aufweist.
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Wie
außerdem
in 4 gezeigt ist, ist es ebenfalls möglich, eine
Vielzahl der erfindungsgemäßen Isolationsdrähte 24 in
einem Bündel
zur Herstellung einer Spule 26 zu verwenden, indem die
gebündelten
Drähte 24 mit
dem oben beschriebenen Wickel film 20 umwickelt werden.
In diesem Fall ist es erwünscht,
dass der Film 20 auf der Peripherie der Kupferdrähte 22 ohne
Bildung von Vertiefungen und Vorsprüngen gewickelt wird, damit
sich kein Zwischenraum zwischen den gebündelten Isolationsdrähten 24 bildet.
Wenn Vertiefungen oder Vorsprünge
vorhanden wären,
ist es erwünscht,
dass die Oberfläche
entsprechend behandelt wird.
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Wie
in 4 gezeigt ist, kann die Spule 26 mit
dem erfindungsgemäßen Wickelfilm 20 umwickelt
sein. Wenn allerdings die Isolationsdrähte die erfindungsgemäße ausgezeichnete
Corona-Beständigkeit
aufweisen, kann ein herkömmliches
Isolationsmaterial zum Bedecken der äußersten Oberfläche der
Spule 26 verwendet werden.
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Die
neuen Isolationsdrähte
und -spulen, die mit dem erfindungsgemäße Verfahren jeweils hergestellt werden,
zeigen eine ausgezeichnete Corona-Beständigkeit und können in
geeigneter Weise für
Komponententeile von bei Hochspannung arbeitenden Motoren, die auf
elektrischen Zügen
beispielsweise montiert sind und eine verlässliche Corona-Beständigkeit
erfordern, verwendet werden.
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Bei
der Durchführung
des Isolationsverfahrens nach dem Aufbewahren der Spulen in einem
Schlitz, wird ein Isolationslack verwendet. Geeignete Isolationslacke
umfassen ein Epoxidharz, Siliconharz oder Polyimidharz, etc. Da
ein Verfahren zur Isolierung von Spulen unter Anwendung eines Lacks
die Eigenschaften von Motoren stark beeinflusst, ist es wesentlich,
dass der zu verwendete Lack ebenfalls eine ausgezeichnete Corona-Beständigkeit
aufweist, und deswegen werden eine Vielzahl von Füllstoffen
für die
Zugabe in einen Lack getestet, und es wird eine Vorbehandlung vor
der Auftragung des Lacks vorgesehen.
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Der
erfindungsgemäße Film
mit der Corona-Beständigkeit
und die Isolationsdrähte,
-spulen und -motoren, die den erfindungsgemäßen Film verwenden, sind deswegen
mit Bezug auf praktische Beispiele beschrieben worden. Es sollte
allerdings selbstverständlich
sein, dass der Umfang der Erfindung nicht nur auf die oben beschriebenen
Beispiele beschränkt
ist. Beispielsweise kann der erfindungsgemäße Film 10 ebenfalls durch
Einschlagen von Metallionen beispielsweise auf eine einzelne Oberfläche oder
beide Oberflächen
des Basisfilms 12 strukturiert sein.
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Es
ist ebenfalls praktikabel, eine solche Filmstruktur durch Laminieren
einer hoch thermisch leitfähigen Schicht 14 und
einer Schicht mit geringem elektrischen Widerstand 14 zur
Herstellung einer Doppelschicht herzustellen. Die Laminierung kann
nach dem Vermischen der anorganischen Verbindung oder anorganischen Substanz,
die für
die Bildung dieser Schichten verwendet wird, durchgeführt werden.
Alternativ kann der Film 10 durch Laminieren der hoch thermischen
leitfähigen
Schicht 14 und der Schicht mit geringem elektrischen Widerstand 14 auf
beiden Oberflächen
des Basisfilms 12 strukturiert werden.
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Insoweit
der Polyimidfilm als Basisfilm thermisch haftend ist, im Fall der
Herstellung von Isolationsdrähten
und -spulen, was zuvor beschrieben wurde, ist es ebenfalls möglich, den
erfindungsgemäßen Film
mit der ausgezeichneten Coronaeigenschaft als Wickelfilm ohne Ausbildung
der Haftmittelschicht 18 zu verwenden.
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Außerdem,
im Fall der Umwicklung der Peripherie der gebündelten Isolationsdrähte, wie
bei der Herstellung der in 4 gezeigten
Spule, wie in 5 gezeigt, ist es ebenfalls
erlaubt, einen Wickelfilm 28, der einen Film 16 mit
ausgezeichneter Corona-Beständigkeit
umfasst und eine hoch thermisch leitfähige Schicht 14 aufweist,
die auf beiden Oberflächen
ge bildet ist, und eine Haftmittelschicht 18, die auf einer
einzelnen Oberfläche
davon gebildet ist, zu verwenden.
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Es
ist außerdem
ebenfalls praktikabel, einen Wickelfilm 30 mit einer Haftmittelschicht 18,
die auf einer Oberfläche
mit einer hoch thermisch leitfähigen
Schicht 16 darauf, wie in 6 gezeigt
ist, gebildet ist, herzustellen, dann die Wicklung durch internes
Vorsehen der hoch thermisch leitfähigen Schicht 14 im
Verlauf der Herstellung der oben beschriebenen Isolationsdrähte oder
-spulen durchzuführen.
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Es
ist weiterhin praktikabel, die Isolationsdrähte herzustellen, indem kreisförmige Drähte oder
Isolationsdrähte
verwendet werden, wobei gebündelte
Kupferdrähte
mit dem erfindungsgemäßen Film
gewickelt werden. Anstelle der Kupferdrähte können die elektrischen Isolationsdrähte andere
Materialien, wie super leitendes Material beispielsweise, umfassen.
Die Erfindung kann durch Hinzufügen
einer Vielzahl von Verbesserungen, Änderungen und Modifikationen,
auf der Basis der Kenntnisse des Fachmanns, innerhalb eines Rahmens
durchgeführt
werden, ohne von den wesentlichen Merkmalen der Erfindung abzuweichen.
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Auf
der Basis der folgenden Beispiele wird nun nachfolgend die Erfindung
konkret beschrieben. Es sollte allerdings selbstverständlich sein,
dass der Rahmen der Erfindung nicht nur auf die folgenden Beispiele beschränkt ist.
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BEISPIEL 1:
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Als
erstes wird eine hoch thermisch leitende Schicht auf einer einzelnen
Oberfläche
eines Polyimidfilms „APICAL" 25AH (ein Produkt
und eine registrierte Handelsmarke von Kanegafuchi Chemical Industrial Co.,
Ltd.) gebildet, indem Magnesiumoxid mit einer Dicke von 1000 Angstrom
(Å) durch
Anwenden einer Va kuumverdampfungsmethode über das Erhitzen von Elektronenstrahlen
laminiert wurde, um die Bildung eines neuen, erfindungsgemäßen Films
mit ausgezeichneter Corona-Beständigkeit
zu vervollständigen.
Das Magnesiumoxid zeigte eine thermische Leitfähigkeit von 36,2 W/m·K bei
373 K. Als nächstes
wurde nach der durch ASTM-D-2275 vorgeschriebenen Methode die Corona-Beständigkeit
des hergestellten Films bewertet. Wie genauer in den 7 und 8 gezeigt
ist, wurde ein Testgerät 36 mit
einer oberen Elektrode 32 und einer unteren Elektrode 34,
die bei einem Abstand H von etwa einigen Mikron (μm) mit angeordnet
waren, verwendet. Ein Probenfilm 38 wurde auf die untere
Elektrode 34 platziert und dann wurde die Corona-Beständigkeit des
Films 38 bewertet, indem die Zeit (Minute) gemessen wurde,
bis der getestete Film 38 eventuell riss nach der Zugabe
optional gewählter
Frequenzen und Spannungen zwischen beiden Elektroden.
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Insbesondere
wurde als Testgerät 36 ein
Testgerät
für die
dielektrische Stärke,
Modell SD-12 (ein Produkt von Toshiba Corporation) verwendet. Das
Testgerät
umfasst die obere Elektrode 32 aus zylindrisch geformtem
Messing mit einem Durchmesser von 25,4 mm und einer Länge von
25 mm und mit Kanten, die zu 2,5 mmR geschnitten sind und die untere
Elektrode 34 aus zylindrisch geformtem Messing mit einem
Durchmesser von 75 mm und einer Länge von 25 mm. Der Abstand
H zwischen beiden Elektroden betrug 0,3 mm. Der Test wurde in einer
Atmosphäre
von 23° ± 1°C und 6% ± 5% RH
durch Anlegen von 1600 V (60 Hz) einer AC-Spannung und Messen der
Zeit, bis der dielektrische Breakdown auftrat, durchgeführt. Die
Ergebnisse sind in Tabelle 1 im Zusammenhang mit der thermischen
Leitfähigkeit
der anorganischen Verbindungen gezeigt.
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BEISPIEL 2
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Mit
Ausnahme der Verwendung von Aluminiumoxid als anorganische Verbindung
für die
Bildung der hoch thermisch leitfähigen
Schicht wurde, in der gleichen Weise wie in Beispiel 1, ein neuer,
erfindungsgemäßer Film
mit ausgezeichneter Corona-Beständigkeit
hergestellt. Das Aluminiumoxid zeigte eine thermische Leitfähigkeit
bei 373 K von 18,0 W/m·K.
In der gleichen Weise wie in Beispiel 1 wurde die Corona-Beständigkeit des
hergestellten Films bewertet. Die Testergebnisse sind ebenfalls
in Tabelle 1 im Zusammenhang mit der thermischen Leitfähigkeit
der anorganischen Verbindung gezeigt.
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BEISPIEL 3
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Mit
Ausnahme einer Dicke von 2000 Å.
für die
hoch thermisch leitfähige
Schicht wurde, in der gleichen Weise wie für Bei spiel 2, ein neuer, erfindungsgemäßer Film
mit ausgezeichneter Corona-Beständigkeit
hergestellt. In der gleichen Weise wie für Beispiel 1, wurde die Corona-Beständigkeit
des hergestellten Films bewertet. Die Testergebnisse sind ebenfalls
in Tabelle 1 gezeigt.
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BEISPIEL 4
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Mit
Ausnahme der Bildung der hoch thermisch leitfähigen Schicht auf beiden Oberflächen eines
Films, wurde, in der gleichen Weise wie in Beispiel 2, ein neuer,
erfindungsgemäßer Film
mit ausgezeichneter Corona-Beständigkeit
hergestellt. In der gleichen Weise wie in Beispiel 1, wurde die
Corona-Beständigkeit
des hergestellten Films hergestellt. Die Testergebnisse sind ebenfalls
in Tabelle 1 gezeigt.
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BEISPIEL 5
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Mit
Ausnahme der Verwendung von Calciumoxid als anorganische Verbindung
für die
Bildung einer hoch thermisch leitfähigen Schicht, wurde, in der
gleichen Weise wie in Beispiel 1, ein neuer, erfindungsgemäßer Film
mit ausgezeichneter Corona-Beständigkeit
hergestellt. Das Aluminiumoxid zeigte bei 373 K eine thermische
Leitfähigkeit
von 15,3 W/m·K.
In der gleichen Weise wie in Beispiel 1, wurde die Corona-Beständigkeit des
hergestellten Films hergestellt. Die Testergebnisse sind ebenfalls
in Tabelle 1 im Zusammenhang mit der thermischen Leitfähigkeit
der anorganischen Verbindung gezeigt.
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BEISPIEL 6
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Mit
Ausnahme der Verwendung von Titanoxid als anorganische Verbindung
zur Herstellung einer hochthermisch leitfähigen Schicht, wurde, in der
gleichen Weise wie in Beispiel 1, ein neuer, erfindungsgemäßer Film
mit ausgezeichneter Corona-Beständigkeit
hergestellt. Das Titanoxid zeigte bei 373 K eine thermische Leitfähigkeit
von 6.5 W/m·K.
In der gleichen Weise wie in Beispiel 1 wurde die Corona-Beständigkeit
des hergestellten Films bewertet. Die Testergebnisse sind ebenfalls
in Tabelle 1 im Zusammenhang mit der thermischen Leitfähigkeit
der anorganischen Verbindung gezeigt.
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BEISPIEL 7
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Mit
Ausnahme der Verwendung von Zirkoniumoxid als anorganische Verbindung
für die
Bildung einer hoch thermisch leitfähigen Schicht, wurde, in der
gleichen Weise wie in Beispiel 1, ein neuer, erfindungsgemäßer Film
mit ausgezeichneter Corona-Beständigkeit
hergestellt. Das Zirkoniumoxid zeigte bei 373 K eine thermische
Leitfähigkeit
von 2,0 W/m·K.
In der gleichen Weise wie in Beispiel 1, wurde die Corona-Beständigkeit des
hergestellten Films bewertet. Die Testergebnisse sind ebenfalls
in Tabelle 1 im Zusammenhang mit der thermischen Leitfähigkeit
der anorganischen Verbindung gezeigt.
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Vergleichsbeispiel 1
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Unter
Verwendung einer thermisch leitenden Farbe, die aus einem linear
copolymerisierten Polyesterharz zusammengesetzt ist, das darin dispergiert
40 Teile Aluminiumoxid mit einer mittleren Teilchengröße von einigen
Mikron (μm)
enthielt, wurde auf dem oben identifizierten Polyimidfilm „APICAL" 25AH über eine
Beschichtung eine 5 μm
dicke Laminatschicht hergestellt. In der gleichen Weise wie in Beispiel
1 wurde die Corona-Beständigkeit
der Laminatschicht bewertet. Das Testergebnis ist in Tabelle 1 gezeigt.
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Vergleichsbeispiel 2
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Durch
Auftragen einer thermisch leitenden Farbe, die aus einem linear
copolymerisierten Polyesterharz zusammengesetzt war, und darin dispergiert
40 Teile Aluminiumoxid mit einer mittleren Teilchengröße von einigen
Mikron (μm)
enthielt, wurde auf dem oben identifizierten Polyimidfilm „APICAL" 25 AH über ein
Beschichtungsverfahren eine 15 μm
dicke Laminatschicht hergestellt. In der gleichen Weise wie in Beispiel
1, wurde die Corona-Beständigkeit
der Laminatschicht bewertet. Das Testergebnis ist in Tabelle 1 gezeigt.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Der
erfindungsgemäße Film
mit ausgezeichneter Corona-Beständigkeit
weist, insgesamt gesehen, eine hervorragende thermische Beständigkeit,
mechanische und elektrische Eigenschaften und eine hervorragende
Corona-Beständigkeit
auf. Demzufolge ist der erfindungsgemäße Film optimal als Isolationsmaterial
für Komponententeile
für Motoren,
wie Isolationsdrähte
und -spulen. Insbesondere sind Isolationsdrähte und – spulen, die die erfindungsgemäßen Filme
als Isolationsmaterial umfassen, ideal als Komponententeile für Motoren,
wie AC-Motoren,
geeignet, die eine verlässliche
Corona-Beständigkeit
erfordern. Demzufolge ist es unter Anwendung dieser Spulen möglich, die
Kapazität,
das Kontraktausmaß und
die Reduktion des Gewichts von Motoren, insbesondere solcher, die
auf elektrische Züge
montiert sind, signifikant zu verbessern. Es ist zur gleichen Zeit
möglich,
verlässliche
Motoren zur Verfügung
zu stellen, die sicher den Anforderungen des Erreichens einer schnelleren
Laufgeschwindigkeit und schnelleren Antwort bei der Beschleunigung
und Verzögerung
der Laufgeschwindigkeit moderner elektrischer Züge entsprechen können.
