EP0129819B1 - Verfahren zur Imprägnierung und Einbettung von elektrischen Wicklungen - Google Patents

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EP0129819B1
EP0129819B1 EP84106959A EP84106959A EP0129819B1 EP 0129819 B1 EP0129819 B1 EP 0129819B1 EP 84106959 A EP84106959 A EP 84106959A EP 84106959 A EP84106959 A EP 84106959A EP 0129819 B1 EP0129819 B1 EP 0129819B1
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EP
European Patent Office
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resins
reduced pressure
dried
reaction
winding
Prior art date
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EP84106959A
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English (en)
French (fr)
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EP0129819A1 (de
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Helmut Dr. Markert
Wolfgang Dr. Rogler
Wolfgang Bendel
Friedrich Alber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/12—Insulating of windings
    • H01F41/127—Encapsulating or impregnating

Definitions

  • the invention relates to a method for impregnating and embedding electrical windings, in particular coils of transformers, by means of impregnating or casting resins based on polyepoxide / polyisocyanate mixtures in the presence of a reaction accelerator which is latent under processing conditions.
  • the impregnation and the potting or the insulation of windings in electrical machines and in coils of dry-type transformers are of great technical and economic importance.
  • reactive resin molding materials with high mechanical, thermal and electrical properties are required for this purpose. Special requirements are placed on the molding materials if, for example, the potential reduction in transformers is not supported by air cooling sections, but is to be largely laid in the reactive resin molding material.
  • the reaction resin molding materials are exposed to high mechanical and thermal loads if resistance to temperature changes down to -50 ° C is to be guaranteed and at the same time, for example in the case of transformers, the requirements of heat classes F to H are to be met.
  • EP / IC resins are used in curing, i.e. in the crosslinking, which generally takes place in the presence of accelerator systems (catalysts), give OX / ICR molding materials with excellent heat resistance (see, for example: DE-AS 1 115 922, DE-OS 1 963 900 and DE-AS 2 359 386) .
  • EP / IC resins as an impregnating resin for windings in electrical devices, in particular for rotating electrical machines, reference also being made to the possible uses for transformers (see for example: DE-OS 2 444 458, DE- PS 2 655 367 and DE-OS 2811 858). So far, however, no way has been shown on which a void-free impregnation and embedding of electrical windings, in particular in coils of dry transformers, can be carried out with EP / IC resins on a technical scale and in an economical manner.
  • a fundamental problem with the impregnation and embedding of windings with EP / IC resins is that the polyisocyanates contained in the EP / IC resins react with water to form CO 2 ;
  • carbon dioxide leads to blowholes containing OX / ICR molding materials.
  • impregnations and embeddings of electrical windings cannot be used, in particular because of the occurrence of partial discharges under electrical stress.
  • Even small amounts of water are sufficient to develop an annoying Co z gas formation.
  • These can be introduced via components of the EP / IC resins, such as epoxy resins and fillers. The low water content in the windings is already sufficient to develop an annoying CO 2 gas formation.
  • the crosslinking of the EP / IC resins in the tempering furnace does not result in the winding being embedded so that it is resistant to temperature changes and surge current, since the crosslinking of the EP / IC resins runs from the outer zones to the inside, and this in the case of the highly reactive ones , rapidly cross-linking (gelling) EP / IC resins leads to high internal stresses and shrinking voids.
  • the object of the invention is to find production-related safe and economical conditions with which the formation of impregnation and embedding of electrical windings under reduced pressure by means of EP / IC resins and their crosslinking to form OX / ICR materials in the presence of a latent reaction accelerator Gas and shrink wicks are prevented.
  • the EP / IC resins including any additives, are dried under reduced pressure and with stirring at temperatures up to 110 ° C., in that the electrical windings are dried and with the dried EP / IC resins under reduced pressure Impregnated or poured pressure at temperatures up to 110 ° C, that the reduced pressure is released and an overpressure is applied and that the crosslinking reaction of the EP / IC resins are introduced and - depending on the heat of reaction - controlled until the demolded or post-hardened impregnated or cast windings.
  • the EP / IC resins are first dried and degassed. So-called chemical drying or dewatering takes place, for which purpose the polyisocyanates present in the EP / IC resins are used, which react with water with elimination of CO z .
  • the process is carried out in such a way that the EP / IC resins, including all additives, are treated at elevated temperature under reduced pressure and vigorous stirring until there is no more CO 2 evolution.
  • the latent reaction accelerator can be present in the EP / IC resin from the beginning or can be added to it after a certain pretreatment time. It has been shown that drying temperatures below 50 ° C are possible, but are uneconomical due to the long drying time required.
  • the EP / IC resin mixture is therefore advantageously treated for dewatering and degassing under reduced pressure and stirring at temperatures from 50 to 80 ° C .; at 80 ° C, for example, the drying is already finished after about 1 h. After drying, the EP / IC resins are kept under the conditions prevailing during the drying process until further processing, ie until the electrical windings are impregnated or potted.
  • the windings themselves are preferably dried and degassed before being impregnated or potted with the EP / IC resins at temperatures up to 80 ° C. and under reduced pressure, the drying and degassing being able to be advantageously supported by current heat in the electrical conductor.
  • the windings are then kept under the mentioned conditions for pressure and temperature until impregnation and embedding with the EP / IC resins, whereas the winding heating is switched off.
  • the impregnation and the encapsulation of the windings with the EP / IC resins is carried out in the process according to the invention under reduced pressure at temperatures up to 110 ° C; the temperature of the EP / IC resins is preferably from room temperature to 80 ° C.
  • the reduced pressure is released and pressurization, preferably with 1 to 3 bar overpressure, is brought about.
  • the crosslinking of the EP / IC resins is then initiated by current heat in the conductor and controlled until the windings are removed from the mold or post-hardened.
  • the temperature generated by current heat in the conductor in the windings is preferably 60 to 140 ° C.
  • post-curing takes place in an annealing furnace at temperatures up to 220 ° C.
  • the method according to the invention for the impregnation and embedding of windings with EP / IC resins and their crosslinking to form OX / ICR molding materials also takes environmental protection requirements into account in an outstanding manner. It is known that the epoxy and isocyanate compounds contained in the EP / IC resins can only be processed industrially for toxic reasons with special protective measures. For example, a MAK value of 0.02 ppm is given for isocyanates.
  • the critical process steps when using EP / IC resins are their preparation and their crosslinking until gelation and post-curing, since the vapor pressures of the EP and IC components inevitably increase and the risk of environmental pollution is particularly great.
  • Another advantage of the method according to the invention is the economical processing of the EP / IC resins.
  • the highly reactive and fast cross-linking EP / IC resins are fully used to drastically reduce machine and mold occupancy times compared to the current state of impregnation and embedding of windings with epoxy resins. This is mainly due to the simple and quick chemical drying and degassing of the EP / IC resins as well as the very short molding times of the windings impregnated or cast with the EP / IC resins.
  • EP / IC resin systems composed of the following components are suitable for the process according to the invention for the impregnation, embedding and insulation of electrical windings.
  • Relatively low-viscosity aliphatic, cycloaliphatic or aromatic epoxides and mixtures thereof are particularly suitable as polyepoxides.
  • polyepoxides that can be used are hydrogenated bisphenol A or bisphenol F diglycidyl ether, hydantoin epoxy resins, triglycidyl isocyanurate, triglycidyl p-aminophenol, tetraglycidyl diaminodiphenyl methane, tetraglycidyl diaminodiphenyl phenyl (4) glycidyl ether and tetrakisethane.
  • Further epoxies are described in the "Handbook of Epoxy Resins" by Henry Lee and Kris Neville, McGraw-Hill Book Company, 1967, and in the monograph by Henry Lee "Epoxy Resins", American Chemical Society, 1970.
  • Relatively low-viscosity aliphatic, cycloaliphatic or aromatic isocyanates and mixtures thereof are particularly suitable as polyisocyanates.
  • Isomer mixtures of 4,4'- and 2,4'-diphenytmethane diisocyanate, polyol-modified polyisocyanates and mixtures of liquid polyisocyanates with higher molecular weight polyisocyanates or carbodiimide polyisocyanates are preferably used.
  • polyisocyanates that can be used are, for example, hexane-1,6-diisocyanate, cyclohexane-1,3-diisocyanate and isomers thereof, 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate, 3-isocyanato-methyl-3,5,5-trimethylcyclohexyl isocyanate, 1,3-dimethylbenzot- ⁇ . ⁇ -diisocyanate and isomers , 1-methylbenzene-2,4-diisocyanate and isomers, naphthalene-1,4-diisocyanate, diphenyl ether-4,4'-diisocyanate and isomers, diphenyl sulfone-4,4'-diisocyanate and isomers as well as tri- or higher functional isocyanates such as 3.3'-4..4 ' -Diphenylmethane tetraisocyanate.
  • isocyanates which are masked with phenol or cresol in the customary manner. Dimers and trimers of the polyvalent isocyanates mentioned can also be used. Such polyisocyanates have terminal free isocyanate groups and contain one or more uretdione and / or isocyanurate rings. Methods for making various types of such trimers and uretdiones are described, for example, in U.S. Patents 3,494,888, 3,108,100 and 2,977,370.
  • the EP / IC resins used in the process according to the invention can also contain further components, such as fillers, but these are generally not involved in the chemical reactions which lead to the OX / ICR molding material.
  • Particularly suitable fillers are mineral and fibrous fillers, such as quartz powder, quartz material, aluminum oxide, aluminum oxide trihydrate, glass powder, mica, kaolin, dolomite, graphite and carbon black, as well as carbon fibers, glass fibers and textile fibers.
  • Dyes, stabilizers and adhesion promoters as well as other additives of a conventional type can also be added to the EP / IC resins.
  • the catalyst which promotes OX and ICR ring formation during crosslinking plays an important role; a reaction accelerator which is latent under processing conditions is used here.
  • a reaction accelerator is understood to mean a catalyst which ensures a sufficient service life of the EP / IC resins during the impregnation or casting of the windings and which reacts highly reactive during the subsequent crosslinking (curing) of the EP / IC resins.
  • Such latent reaction accelerators are particularly suitable boron trihalide amine complexes, such as the addition complexes described in DE-PS 2 655 367 of boron trichloride and tertiary amines of the formula BCl 3 .
  • boron trihalide amine complexes such as the addition complexes described in DE-PS 2 655 367 of boron trichloride and tertiary amines of the formula BCl 3 .
  • R 1 R 2 R 3 in which R 1 , R 2 and R 3 are identical or different organic, ie aliphatic, aromatic, heterocyclic or arylaliphatic radicals, which - together or in pairs - can also belong to heterocyclic rings.
  • the analog complexes of boron trifluoride of the formula BF 3 NR 1 R 2 R 3 are also suitable.
  • tertiary amines of the BF 3 and BC1 3 complexes are dimethyloctylamine and dimethylbenzylamine; Morpholine compounds and imidazoles, such as n-methylmorpholine, N-ethylmorpholine, 1,2-dimethylimidazole and 1-benzyl-2-phenylimidazole, are also suitable for the formation of BC1 3 or BF 3 complexes.
  • Amines can also be used as latent reaction accelerators in the process according to the invention if they are obtained by adding organic electron acceptors which are customary in the production of EDA complexes, such as 1,2-dinitrobenzene or 7.7.8.8-tetracyano-1,4-quinodimethane (TCNQ) are deactivated.
  • Uncomplexed amines can also be used if they give sufficient processing latitude, as is the case for example with 1-cyanoethyl-2-phenylimidazole, 1-cyanoethyl-2-ethyl-4-methylimidazole and N-cyanoethylmorpholine.
  • Onium salts for example tetraalkyl and tetraarylammonium tetraphenyl borates and phosphonium tetraphenyl borates, are also suitable for this process.
  • the latent reaction accelerator is advantageously used in proportions of 0.01 to 5% by weight, preferably 0.25 to 2.5% by weight, in each case based on the mass of the resin matrix.
  • the type and concentration of the reaction accelerator can influence the curing temperature and duration in a manner known per se.
  • the reaction accelerator like the other additives, can be added to the EP / IC resin before chemical drying. But it can also be done in such a way that the reaction accelerator after drying, i.e. the EP / IC resin. immediately before the impregnation or the encapsulation of the winding is added, preferably dissolved in one of the EP / IC resin components.
  • the electrical windings to be impregnated or cast by the method according to the invention can be produced, for example, from foils or strips of insulated conductors or conductors coated with insulators. These windings can also be mechanically reinforced or supported with fiber materials, for example in the form of fabrics, nonwovens or rowings.
  • transformers Model overvoltage windings for dry-type transformers, hereinafter referred to as transformers, consisting of four coils were made from aluminum conductors (0.1 mm thick, 50 mm wide) provided with polyimide film (thickness: 25 11m, width: 56 mm) and installed in casting molds. The spaces to be filled with the EP / IC resins were 6 to 8 mm between the coils and between the coils and the mold wall and 12 to 15 mm at the sprue.
  • the transformers were provided with the electrical connections for the winding heating and placed in the casting tank, then the pressure in the casting tank was reduced to 0.1 mbar and a casting room temperature of 70 ° C was set. Under these conditions, the transformets were dried and degassed for 1 to 2 hours, the drying of the windings being supported in part by current heat in the conductor. After the drying had ended, the winding heating was switched off.
  • the EP / IC resin in quantities of 25 to 100 kg, was processed in a mixing unit mounted above the casting boiler; EP / IC resin A was used.
  • the transformets were cast at a pressure of 0.06 to 0.1 mbar within 15 minutes. The reduced pressure was then released and an excess pressure of 3 bar was generated with dry nitrogen in the casting tank. Immediately afterwards, the crosslinking reaction of the EP / IC resin was initiated by direct current heating of the windings connected in series.
  • the heating current control which is matched to the heat of reaction in EP / IC resin crosslinking, was carried out via a computer, to which the average winding temperature was continuously fed.
  • FIG. 1 shows an example of the temperature profile during the crosslinking of EP / IC resins in model coils (by means of computer-controlled winding heating); Curve 10 shows the temperature curve on the winding and curve 11 shows the temperature curve in the outer zones, i.e. near the mold (ambient temperature: 60 to 70 ° C).
  • EP / IC resin A was used.
  • the pretreatment of the transformets and the preparation and casting of the EP / IC resin were carried out analogously to example 1.
  • the cast-in transformets were gelled, demolded and post-cured in a forced air oven.
  • the temperature in the forced air oven was set to 130 ° C .; the post-curing of the transformets removed from the mold after 3 hours was carried out for 5 hours at 150 ° C. and then for 8 hours at 180 ° C.
  • curve 20 shows the temperature profile in the EP / IC resin during crosslinking in the immediate vicinity of the casting mold (curve 20) and in the immediate vicinity of the winding (curve 21) and for the furnace temperature (curve 22).
  • curve 20 is significantly higher than curve 21 (winding temperature).
  • the mold temperature then overflows the furnace temperature (curve 22) and reaches a height of approx. 140 ° C; due to the heat radiation, the furnace temperature also increases, to approx. 135 ° C.
  • the winding temperature (curve 21) successively overflows the mold and the furnace temperature and increases to approx. 140 ° C.
  • the hardened transformers in the OX / ICR molding materials have high internal stresses and that the transformets already crack when they cool to room temperature.
  • the transformets also show a clear shrinkage, especially at the sprue.
  • the sections cut out of the transformers also often show cavities, so that they can no longer be used for electrical tests.
  • a lowering of the furnace temperature from 130 ° C to 110 ° C or a decrease in the content of the reaction accelerator from 1.5% to 1% and the replacement of the reaction accelerator RB 1 by the less reactive accelerator RB II (1-cyanoethyl-2-phenylimidazole) also results unusable transformets.
  • EP / IC resin B or C was used.
  • the pretreatment of the transformets and the preparation of the EP / IC resins were carried out analogously to Example 1. Because of the increased viscosity of the EP / IC resins, due to the use of silica material as filler , the temperature in the mixing unit was reduced from 80 ° C to only 60 to 65 ° C before adding the reaction accelerator; this was also possible due to the excellent latent properties of the accelerator RB I up to 70 ° C (see Fig. 3, in which the viscosity increase is shown as a function of temperature).
  • Example 3 For the control of the heating current in the winding, a program was changed as follows compared to Example 1: winding temperature 110 ° C, setting time 10 min, running time 30 min, and then winding temperature 140 ° C, setting time 10 min, running time 30 min.
  • the test results on the transformets are shown in Table 3.
  • the EP / IC resins D and E were used.
  • the pretreatment of the transformets was carried out analogously to Example 1, but the temperature in the casting tank was reduced from 70 ° C. to 50 ° C. before casting.
  • the EP / IC resin (component a) was prepared analogously to Example 1, but without the addition of the reaction accelerator.
  • the reaction accelerator was dissolved in polyisocyanate in a second small mixing unit at room temperature (component b). This procedure was chosen because the reaction accelerator RB 11 used here does not have as pronounced latent properties as the accelerator RB I.
  • the windings were cast under reduced pressure, components a and b being combined and metered via a static mixing tube.
  • the crosslinking and post-curing of the EP / IC resins was carried out analogously to Example 1.
  • the test values of the transformets are shown in Table 3.
  • the EP / IC resin F was used.
  • the structure of the transformets (according to Example 1) was changed in such a way that the four coils contained layers of aromatic polyamide as layer insulation, the coils were mechanically reinforced by glass fabric tapes and the distance between the coils and the Mold wall was reduced to 2 mm.
  • the drying and degassing of the transformets was carried out analogously to Example 1.
  • the EP / IC resin was prepared, dried and degassed in the mixing unit for 3 hours with stirring and reduced pressure (0.1 mbar) at 60 ° C., the reaction accelerator after a Hour was added.
  • the casting and crosslinking of the EP / IC resins was carried out analogously to Example 1.
  • winding temperature 100 ° C setting time 10 min, running time 30 min, then winding temperature 130 ° C, setting time 15 min, running time 30 min, and then winding temperature 150 ° C, setting time 15 min, running time 30 min.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Imprägnierung und Einbettung von elektrischen Wicklungen, insbesondere Spulen von Transformatoren, mittels Imprägnier- bzw. Giessharzen auf der Basis von Polyepoxid-Polyisocyanat-Gemischen in Gegenwart eines bei Verarbeitungsbedingungen latenten Reaktionsbeschleunigers.
  • Für die Elektrotechnik ist die Imprägnierung und der Verguss bzw. die Isolierung von Wicklungen in elektrischen Maschinen und in Spulen von Trockentransformatoren von grosser technischer und wirtschaftlicher Bedeutung. Zur Verbesserung des Leistung/Gewichts-Verhältnisses und zur höheren thermischen Belastbarkeit werden für diesen Zweck Reaktionsharzformstoffe mit hohen mechanischen, thermischen und elektrischen Eigenschaften benötigt. Besondere Anforderungen an die Formstoffe entstehen, wenn beispielsweise bei Transformatoren der Potentialabbau nicht durch Luft-Kühlstrecken unterstützt wird, sondern weitgehend in den Reaktionsharzformstoff verlegt werden soll. Hohen mechanischen und thermischen Belastungen sind die Reaktionsharzformstoffe andererseits dann ausgesetzt, wenn eine Temperaturwechselbeständigkeit bis -50°C gewährleistet werden soll und gleichzeitig, beispielsweise bei Transformatoren, den Anforderungen der Wärmeklassen F bis H entsprochen werden soll.
  • Gute Voraussetzungen zur Erhöhung des Eigenschaftsniveaus von Reaktionsharzformstoffen besitzen oxazolidinon- und isocyanurathaltige Formstoffe, welche aus Harzen auf der Basis von Polyepoxiden und Polyisocyanaten, im folgenden kurz EP/IC-Harze genannt, hergestellt werden; die entsprechenden Formstoffe werden im folgenden kurz als OX/ICR-Formstoffe bezeichnet. Es ist nämlich bekannt, dass EP/IC-Harze bei der Härtung, d.h. bei der Vernetzung, die im allgemeinen in Gegenwart von Beschleunigersystemen (Katalysatoren) erfolgt, OX/ICR-Formstoffe mit hervorragender Wärmeformbeständigkeit ergeben (siehe beispielsweise: DE-AS 1 115 922, DE-OS 1 963 900 und DE-AS 2 359 386). Es ist ferner bereits bekannt, EP/IC-Harze als lmprägnierharz für Wicklungen in elektrischen Geräten, insbesondere für rotierende elektrische Maschinen, zu verwenden, wobei auch auf die Verwendungsmöglichkeit bei Transformatoren hingewiesen wird (siehe beispielsweise: DE-OS 2 444 458, DE-PS 2 655 367 und DE-OS 2811 858). Bislang ist jedoch kein Weg aufgezeigt worden, auf dem im technischen Massstab und in wirtschaftlicher Weise eine lunkerfreie Imprägnierung und Einbettung von elektrischen Wicklungen, insbesondere in Spulen von Trockentransformatoren, mit EP/IC-Harzen durchgeführt werden kann.
  • Ein grundsätzliches Problem bei der Imprägnierung und Einbettung von Wicklungen mit EP/IC-Harzen besteht darin, dass die in den EP/IC-Harzen enthaltenen Polyisocyanate mit Wasser unter C02-Bildung reagieren; Kohlendioxid führt aber zu Lunker enthaltenden OX/ICR-Formstoffen. Derartige Imprägnierungen und Einbettungen von elektrischen Wicklungen sind jedoch, insbesondere wegen des Auftretens von Teilentladungen bei elektrischer Beanspruchung, nicht einsetzbar. Zur Entwicklung einer störenden Coz-Gasbildung genügen bereits geringe Wassermengen. Diese können über Komponenten der EP/IC-Harze, wie Epoxidharze und Füllstoffe, eingeschleppt werden. Auch die in den Wicklungen vorhandenen geringen Wassergehalte reichen bereits zur Entwicklung einer störenden C02-Gasbildung aus.
  • Die bisher bei Epoxidharzen technisch üblichen Verarbeitungs- und Vernetzungsbedingungen sind zur lunkerfreien Imprägnierung und Einbettung von Wicklungen mit EP/IC-Harzen nicht geeignet. Es wurde festgestellt, dass die Bedingungen zur Trocknung und Entgasung weder zur vollständigen Entfernung von Restwassergehalten bei den Komponenten der EP/IC-Harze führen, noch dadurch die Restwassergehalte aus den Wicklungen entfernt werden können. Auch bei der Anwendung hoher Trocknungstemperaturen und von vermindertem Druck ist keine vollständige Entwässerung der Wiclungen zu erreichen. Hinzu kommt noch, dass die Trocknungsmassnahmen nicht beliebig aufwendig durchgeführt werden können, wenn eine wirtschaftliche Fertigung gewährleistet sein soll. Es wurde weiter festgestellt, dass mit der technisch üblichen Verfahrensweise, die imprägnierten und vergossenen Wicklungen in Temperöfen zu härten, beim Einsatz von EP/IC-Harzen keine gas- und schrumpflunkerfreien Imprägnierungen und Einbettungen hergestellt werden können, da bis zur Gelierung der Reaktionsharze im Temperofen für die imprägnierten und vergossenen Isolierungen Standzeiten entstehen, die viele Stunden betragen können. Je länger diese Standzeiten sind, desto ausgeprägter ist aber die C02-Bildung durch Reaktion der Isocyanatkomponente mit Restwasser in der Wicklung. Hinzu kommt, dass die Vernetzung der EP/IC-Harze im Temperofen, insbesondere bei grösseren Isolierwandstärken, keine temperaturwechselbeständige und stosstromfeste Einbettung der Wicklung ergibt, da die Vernetzung der EP/IC-Harze dabei von den Aussenzonen nach innen verläuft und dies bei den hochreaktiven, schnell vernetzenden (gelierenden) EP/IC-Harzen zu hohen inneren Spannungen und Schrumpflunkern führt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, fertigungstechnisch sichere und wirtschaftliche Bedingungen zu finden, mit denen bei der Imprägnierung und Einbettung von elektrischen Wicklungen unter vermindertem Druck mittels EP/IC-Harzen und deren Vernetzung zu OX/ICR-Formstoffen in Gegenwart eines latenten Reaktionsbeschleunigers die Bildung von Gas- und Schrumpflunkern verhindert wird.
  • Dies wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass die EP/IC-Harze, gegebenenfalls einschliesslich Zusatzstoffe, unter vermindertem Druck und unter Rühren bei Temperaturen bis zu 110°C getrocknet werden, dass die elektrischen Wicklungen getrocknet und mit den getrockneten EP/IC-Harzen unter vermindertem Druck bei Temperaturen bis zu 110°C imprägniert bzw. vergossen werden, dass der verminderte Druck aufgehoben wird und eine Beaufschlagung mit Überdruck erfolgt und dass über durch Stromwärme im Leiter in der elektrischen Wicklung erzeugte Temperatur die Vernetzungsreaktion der EP/IC-Harze eigeleitet und - in Abhängigkeit von der Reaktionswärme - bis zur Entformung oder Nachhärtung der imprägnierten bzw. vergossenen Wicklungen gesteuert wird.
  • Beim erfindungsgemässen Verfahren werden die EP/IC-Harze zunächst getrocknet und entgast. Dabei erfolgt eine sogenannte chemische Trocknung oder Entwässerung, wozu die in den EP/IC-Harzen vorhandenen Polyisocyanate dienen, die mit Wasser unter COz-Abspaltung reagieren. In der Praxis wird dabei in der Weise verfahren, dass die EP/IC-Harze, einschliesslich sämtlicher Zusätze, bei erhöhter Temperatur unter vermindertem Druck und intensivem Rühren so lange behandelt werden, bis keine C02-Entwicklung mehr stattfindet. Der latente Reaktionsbeschleuniger kann dabei von Anfang an im EP/IC-Harz vorhanden sein oder diesem nach einer bestimmten Vorbehandlungszeit zugesetzt werden. Es hat sich dabei gezeigt, dass Trocknungstemperaturen unter 50°C zwar möglich, aufgrund der dann erforderlichen langen Trocknungszeit aber unwirtschaftlich sind. Vorteilhaft wird deshalb die EP/IC-Harzmischung zur Entwässerung und Entgasung unter vermindertem Druck und Rühren bei Temperaturen von 50 bis 80°C behandelt; bei 80°C beispielsweise ist die Trocknung dann bereits nach ca. 1 h beendet. Nach erfolgter Trocknung werden die EP/IC-Harze bis zur weiteren Verarbeitung unter den während des Trockenvorganges herrschenden Bedingungen gehalten, d.h. bis zur Imprägnierung bzw. zum Verguss der elektrischen Wicklungen.
  • Die Wicklungen selbst werden vor der Imprägnierung oder dem Verguss mit den EP/IC-Harzen vorzugsweise bei Temperaturen bis 80°C und unter vermindertem Druck getrocknet und entgast, wobei die Trocknung und Entgasung vorteilhaft durch Stromwärme im elektrischen Leiter unterstützt werden kann. Die Wicklungen werden dann bis zur Imprägnierung und Einbettung mit den EP/IC-Harzen bei den genannten Bedingungen für Druck und Temperatur gehalten, die Wicklungsheizung dagegen wird abgeschaltet.
  • Die Imprägnierung und der Verguss der Wicklungen mit den EP/IC-Harzen wird beim erfindungsgemässen Verfahren unter vermindertem Druck bei Temperaturen bis zu 110° C durchgeführt; die Temperatur der EP/IC-Harze beträgt dabei vorzugsweise Raumtemperatur bis 80°C. Unmittelbar nach der Beendigung der Imprägnierung bzw. des Vergusses der Wicklungen wird der verminderte Druck aufgehoben und eine Druckbeaufschlagung, vorzugsweise mit 1 bis 3 bar Überdruck, herbeigeführt. Dann wird durch Stromwärme im Leiter die Vernetzung der EP/IC-Harze eingeleitet und bis zur Entformung bzw. Nachhärtung der Wicklungen gesteuert. Die durch Stromwärme im Leiter in den Wicklungen erzeugte Temperatur beträgt dabei vorzugsweise 60 bis 140°C. Schliesslich erfolgt noch eine Nachhärtung im Temperofen bei Temperaturen bis 220°C.
  • Beim erfindungsgemässen Verfahren zur Imprägnierung und Einbettung von Wicklungen mit EP/IC-Harzen wird die Bildung von Gas- und Schrumpflunkern sicher verhindert. Ausschlaggebend dafür sind folgende Massnahmen:
    • - Durch die Reaktion von Polyisocyanat mit Wasser, die unter C02-Abspaltung verläuft, erhält man - bei den angegebenen Entgasungsbedingungen - wasser- und gasfreie EP/IC-Harze auf technisch einfache und wirtschaftliche Weise.
    • - Die Bildung von gasförmigem Kohlendioxid durch Reaktion von Isocyanat mit Restwasser in der Wicklung wird weitgehend unterdrückt, da die Reaktionszeit zur Bildung des Co2 erheblich reduziert wird, indem die Vernetzung der EP/IC-Harze unmittelbar nach dem Imprägnier-bzw. Giessvorgang über die Stromwärme im Leiter eingeleitet wird. Ausserdem wird die Reaktionsgeschwindigkeit der C02-Bildung durch den bestehenden Überdruck verringert. Ferner werden eventuell gebildete geringe C02-Mengen durch den bestehenden Überdruck im noch niedrigviskosen EP/IC-Harz verteilt und gelöst, da die Gelierung der EP/IC-harze von der Wicklung zu den Randzonen hin verläuft, d.h. nicht - wie sonst
    • - von aussen nach innen, sondern von innen nach aussen.
    • - Die Vernetzung der EP/IC-Harze läuft unter hoher Wärmetönung ab. Die Wärmetönung hängt dabei nicht nur von der Art und Konzentration des Reaktionsbeschleunigers ab, sondern auch von der Menge der IC-Komponente im EP/IC-Harz. Dabei liegen die Temperaturmaxima bei der Gelierung der EP/IC-Harze um so höher, je grösser der Anteil an Isocyanat ist. Beim erfindungsgemässen Verfahren kann aber die Vernetzung - über die selektiv auf die Wärmetönung der Vernetzungsreaktion abgestimmte Stromwärme im Leiter - so gesteuert werden, dass bei der von innen nach aussen verlaufenden Gelierung der EP/IC-Harze keine örtlichen Übertemperaturen entstehen und in der gesamten EP/IC-Harzmasse nur geringe Temperaturgradienten auftreten. Die Bestimmung des Anteils der in den OX/ICR-Formstoffen gebildeten Oxazolidinon- und IsocyanuratRinge, gemessen in unmittelbarer Nähe der Wicklung und in den Aussenzonen, bestätigt den einheitlichen Vernetzungsverlauf in der gesamten EP/IC-Harzmasse, da sie nur geringe Unterschiede aufgezeigt.
    • - Aufgrund der kurzen Zeizspanne zwischen Verguss (der Wicklungen) und Gelierprozess wird die Sedimentation von gegebenenfalls vorhandenen Füllstoffen erheblich vermindert. Zu inneren Spannungen führende unterschiedliche Füllstoffverteilungen können auf diese Weise reduziert werden.
  • Das erfindungsgemässe Verfahren zur Imprägnierung und Einbettung von Wicklungen mit EP/IC-Harzen und deren Vernetzung zu OX/ICR-Formstoffen berücksichtigt in hervorragender Weise auch Anforderungen hinsichtlich des Umweltschutzes. Es ist bekannt, dass die in den EP/IC-Harzen enthaltenen Epoxid- und Isocyanatverbindungen aus toxischen Gründen nur unter besonderen Schutzmassnahmen technisch verarbeitet werden können. Für Isocyanate beispielsweise wird ein MAK-Wert von 0,02 ppm angegeben. Die kritischen Verfahrensschritte beim Einsatz von EP/IC-Harzen sind deren Aufbereitung sowie ihre Vernetzung bis zur Gelierung und Nachhärtung, da die Dampfdrücke der EP-und IC-Komponenten dabei zwangsläufig steigen und die Gefahr der Umweltbelastung besonders gross ist. Der Transport der mit EP/IC-Harzen imprägnierten oder vergossenen Wicklungen zum Härteofen könnte deshalb nur mit technisch aufwendigen Schutzmassnahmen erfolgen. Bei der erfindungsgemässen Verfahrensweise kann dagegen eine Umweltbealstung technischer sicher vermieden werden, da die Aufbereitung und Verarbeitung der EP/IC-Harze bis zur Nachhärtung in technisch üblichen, sowohl unter vermindertem Druck als auch bei Druckbeaufschlagung dichten Anlagen in einem Arbeitsgang durchgeführt wird. Die Nachhärtung der Wicklungen lässt sich dann unter den üblichen Schutzvorkehrungen durchführen, da zu diesem Zeitpunkt die EP/IC-Harze bereits hoch vernetzt sind.
  • Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens ist die wirtschaftliche Verarbeitung der EP/IC-Harze. Die hochreaktiven und schnell vernetzenden EP/IC-Harze werden nämlich voll genutzt, um die Maschinen- und Formbelegungszeiten gegenüber dem derzeitigen Stand der Imprägnierung und Einbettung von Wicklungen mit Epoxidharzen drastisch zu reduzieren. Dies ist vor allem in der einfachen und schnell durchführbaren chemischen Trocknung und Entgasung der EP/IC-Harze begründet sowie in den sehr kurzen Formbelegungszeiten der mit den EP/IC-Harzen imprägnierten bzw. vergossenen Wicklungen. So liegen die Formbelegungszeiten mit EP/IC-Harzmengen bis über 100 kg, auch bei hohen lsolierwandstärken, innerhalb von 1 bis 3 Stunden.
  • Für das erfindungsgemässe Verfahren zur Imprägnierung, Einbettung und Isolierung von elektrischen Wicklungen eignen sich EP/IC-Harzsysteme aus folgenden Komponenten. Als Polyepoxide sind relativ niedrigviskose aliphatische, cycloaliphatische oder aromatische Epoxide sowie deren Mischungen besonders geeignet. Bevorzugt werden Bisphenol-A-diglycidylether, Bisphenol-F-diglycidylether, 3.4--Epoxycyclohexylmethyl-3'.4'-epoxycyclohexan- carboxylat, Polyglycidylether von Phenol/Formaldehyd- bzw. Kresol/Formaldehyd-Novolak, Polyglycidylether von Polyalkylenglykolen, Polyglycidylether von linearen Polyurethanen, Polyglycidylesther von dimerisierten Fettsäuren sowie Mischungen aus diesen Epoxidharzen eingesetzt. Weitere verwendbare Polyepoxide sind hydrierte Bisphenol-A- bzw. Bisphenol-F-diglycidylether, Hydantoinepoxidharze, Triglycidylisocyanurat, Triglycidyl-p-aminophenol, Tetraglycidyldiaminodiphenylmethan, Tetraglycidyldiaminodiphenylether und Tetrakis(4-glycidoxy- phenyl)-ethan. Weitere Epoxide sind im «Handbook of Epoxy Resins» von Henry Lee und Kris Neville, McGraw-Hill Book Company, 1967, und in der Monographie von Henry Lee «Epoxy Resins», American Chemical Society, 1970, beschrieben.
  • Als Polyisocyanate sind relativ niedrigviskose aliphatische, cycloaliphatische oder aromatische Isocyanate sowie deren Mischungen besonders geeignet. Bevorzugt werden Isomerengemische aus 4.4'- und 2.4'-Diphenytmethandiisocyanat, polyolmodifizierte Polyisocyanate und Gemische von flüssigen Polyisocyanaten mit höhermolekularen Polyisocyanaten oder Carbodiimid-Polyisocyanaten eingesetzt. Weitere verwendbare Polyisocyanate sind beispielsweise Hexan-1.6-diisocyanat, Cyclohexan-1.3-diisocyanat und Isomere davon, 4.4'-Dicyclohexylmethandiisocyanat, 3-lsocyanatome- thyl-3.5.5-trimethylcyclohexylisocyanat, 1.3-Di- methylbenzot-ω.ω-diisocyanat und Isomere, 1-Methylbenzol-2.4-diisocyanat und Isomere, Naphthalin-1.4-diisocyanat, Diphenylether-4.4'-diisocyanat und Isomere, Diphenylsulfon-4.4'-diisocyanat und Isomere sowie tri- oder höherfunktionelle Isocyanate, wie 3.3'-4..4'-Diphenylmethantetraisocyanat. Ferner können auch Isocyanate verwendet werden, die in üblicher Weise mit Phenol oder Kresol maskiert sind. Dimere und Trimere der genannten mehrwertigen Isocyanate sind ebenfalls einsetzbar. Derartige Polyisocyanate besitzen endständige freie Isocyanatgruppen und enthalten einen oder mehrere Uretdion- und/oder Isocyanuratringe. Verfahren zur Herstellung verschiedener Arten solcher Trimerer und Uretdione sind beispielsweise in den US-Patentschriften 3 494 888, 3 108 100 und 2 977 370 beschrieben.
  • Die beim erfindungsgemässen Verfahren eingesetzten EP/IC-Harze können auch weitere Komponenten, wie Füllstoffe, enthalten, die im allgemeinen jedoch nicht an den chemischen Reaktionen, die zum OX/ICR-Formstoff führen, beteiligt sind. Als Füllstoffe eignen sich insbesondere mineralische und faserförmige Füllstoffe, wie Quarzmehl, Quarzgut, Aluminiumoxid, Aluminiumoxidtrihydrat, Glaspulver, Glimmer, Kaolin, Dolomit, Graphit und Russ sowie Kohlefasern, Glasfasern und Textilfasern. Farbstoffe, Stabilisatoren und Haftvermittler sowie andere Additive üblicher Art können den EP/IC-Harzen ebenfalls zugesetzt werden.
  • Beim erfindungsgemässen Verfahren spielt der bei der Vernetzung die OX- und ICR-Ringbildung fördernde Katalysator eine bedeutende Rolle; es wird hierbei nämlich ein bei Verarbeitungsbedingungen latenter Reaktionsbeschleuniger verwendet. Unter einem derartigen Reaktionsbeschleuniger wird ein Katalysator verstanden, der bei der Imprägnierung bzw. beim Verguss der Wicklungen eine ausreichende Gebrauchsdauer der EP/IC-Harze gewährleistet und bei der anschliessenden Vernetzung (Härtung) der EP/IC-Harze hochreaktiv reagiert. Als derartige latente Reaktionsbeschleuniger eignen sich insbesondere Bortrihalogenid-Aminkomplexe, wie die in der DE-PS 2 655 367 beschriebenen Additionskomplexe von Bortrichlorid und tertiären Aminen der Formel BCl3· NR1R2R3, in der R1, R2 und R3 gleiche oder verschiedene organische, d.h. aliphatische, aromatische, heterocyclische oder arylaliphatische Reste sind, die - gemeinsam oder paarweise - auch heterocyclischen Ringen angehören können. Ebenfalls geeignet sind die analogen Komplexe des Bortrifluorids der Formel BF3 NR1R2R3. Spezielle Beispiele für geeignete tertiäre Amine der BF3- bzw. BC13-Komplexe sind Dimethyloctylamin und Dimethylbenzylamin; auch Morpholinverbindungen und Imidazole, wie n-Methylmorpholin, N-Ethylmorpholin, 1.2-Dimethylimidazol und 1-Benzyl-2-phenylimidazol, sind zur Bildung von BC13- bzw. BF3-Komplexen geeignet.
  • Als latente Reaktionsbeschleuniger können beim erfindungsgemässen Verfahren auch Amine verwendet werden, wenn sie durch Zugabe von organischen Elektronenakzeptoren, die bei der Herstellung von EDA-Komplexen üblich sind, wie 1.2-Dinitrobenzol oder 7.7.8.8-Tetracyano-1.4-chinodimethan (TCNQ), desaktiviert sind. Auch nicht komplexierte Amine können verwendet werden, wenn sie einen genügenden Verarbeitungsspielraum ergeben, wie dies beispielsweise bei 1-Cyanoethyl-2-phenylimidazol, 1-Cyanoethyl-2-ethyl-4-methylimidazol und N-Cyanoethylmorpholin der Fall ist. Ferner sind bei diesem Verfahren Oniumsalze, beispielsweise Tetraalkyl- und Tetraarylammoniumtetraphenylborate und -phosphoniumtetraphenylborate, geeignet.
  • Der latente Reaktionsbeschleuniger wird vorteilhaft in Anteilen von 0,01 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,25 bis 2,5 Gew.-%, jeweils bezogen auf die Masse der Harzmatrix, verwendet. Durch die Art und Konzentration des Reaktionsbeschleunigers kann in an sich bekannter Weise die Härtungstemperatur und -dauer beeinflusst werden. Der Reaktionsbeschleuniger kann, wie die anderen Zusatzstoffe auch, dem EP/IC-Harz vor der chemischen Trocknung zugegeben werden. Es kann aber auch in der Weise vorgegangen werden, dass der Reaktionsbeschleuniger dem EP/IC-Harz nach der Trocknung, d.h. unmittelbar vor der Imprägnierung bzw. dem Verguss der Wicklung, zugesetzt wird, vorzugsweise gelöst in einer der EP/IC-Harzkomponenten.
  • Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren zu imprägnierenden bzw. zu vergiessenden elektrischen Wicklungen können beispielsweise aus folien-oder bandförmig isolierten Leitern oder isolierend beschichteten Leitern hergestellt sein. Diese Wicklungen können ferner mit Faserwerkstoffen, beispielsweise in Form von Geweben, Vliesen oder Rowings, mechanisch verstärkt oder gestützt sein.
  • Anhand von Ausführungsbeispielen wird das erfindungsgemässe Verfahren noch näher erläutert.
  • Die verschiedenen Komponenten der in den Beispielen verwendeten EP/IC-Harze bzw. die Zusammensetzungen der Harze ist in der Tabellen 1 und 2 angegeben. Im allgemeinen wurden käufliche Produkte eingesetzt; der Reaktionsbeschleuniger RB 1 wurde selbst hergestellt. Alle Reaktionsbeschleuniger wurden durch Umkristallisation gereinigt, da die latenten Eigenschaften der Reaktionsbeschleuniger stark vom Reinheitsgrad abhängen.
    • Beispiel 1
  • Aus vier Spulen bestehende Modelloberspannungswicklungen für Trockentransformatoren, nachfolgend Transformetten genannt, wurden aus mit Polyimidfolie (Dicke: 25 11m, Breite: 56 mm) als Lagenisolation versehenen Aluminiumleitern (0,1 mm dick, 50 mm breit) hergestellt und in Giessformen eingebaut. Die mit den EP/IC-Harzen zu vergiessenden Zwischenräume betrugen zwischen den Spulen sowie zwischen den Spulen und der Giessformwand 6 bis 8 mm und am Eingusskanai 12 bis 15 mm. Die Transformetten wurden mit den elektrischen Anschlüssen für die Wicklungsheizung versehen und in den Giesskessel gestellt, dann wurde der Druck im Giesskessel auf 0,1 mbar vermindert und eine Giessraumtemperaturvon 70 °C eingestellt. Unter diesen Bedingungen wurden die Transformetten 1 bis 2 Stunden getrocknet und entgast, wobei die Trocknung der Wicklungen teilweise durch Stromwärme im Leiter unterstützt wurde. Nach beendeter Trocknung wurde die Wicklungsheizung abgestellt.
  • Die Aufbereitung des EP/IC-Harzes, in Mengen von 25 bis 100 kg, erfolgte in einem oberhalb des Giesskessels angebrachten Mischaggregat; verwendet wurde das EP/IC-Harz A. Das Polyepoxid, das Polyisocyanat, die Füllstoffe und gegebenenfalls Additive, wie Haftvermittler oder Farbstoffe, wurden nacheinander in das auf 80 ° C vorgeheizte Mischaggregat eingefüllt und unter Rühren bei vermindertem Druck (0,1 mbar) 1 Stunde getrocknet und entgast. Anschliessend wurde die Temperatur auf 50°C gesenkt, der Reaktionsbeschleuniger zugesetzt und das EP/IC-Harz weitere 2 Stunden bis zum Verguss der Transformetten unter Rühren bei vermindertem Druck entgast.
  • Der Verguss der Transformetten erfolgte bei einem Druck von 0,06 bis 0,1 mbar innerhalb von 15 min. Anschliessend wurde der verminderte Druck aufgehoben und mit trockenem Stickstoff im Giesskessel ein Überdruck von 3 bar erzeugt . Unmittelbar danach wurde die Vernetzungsreaktion des EP/IC-Harzes durch Gleichstromheizung der in Serie geschalteten Wicklungen eingeleitet.
  • Die auf die Reaktionswärme bei der EP/IC-Harzvernetzung abgestimmte Heizstromsteuerung erfolgte über einen Rechner, dem laufend die mittlere Wicklungstemperatur eingespeist wurde. Vorgegeben wurde dabei eine mittlere Wicklungstemperatur von 130 °C mit einer Einstellzeit von 10 Minuten und einer Laufzeit von 60 Minuten.
  • In Fig. 1 ist der Temperaturverlauf bei der Vernetzung von EP/IC-harzen in Modellspulen (mittels rechnergesteuerter Wicklungsheizung) beispielhaft dargestellt; Kurve 10 gibt dabei den Temperaturverlauf an der Wicklung wieder und Kurve 11 den Temperaturverlauf in den Aussenzonen, d.h. in der Nähe der Giessform (Umgebungstemperatur: 60 bis 70°C).
  • Nach Abschalten der Wicklungsheizung wurde der Überdruck im Giesskessel aufgehoben, dann wurden die Transformetten entformt und bei 180 bis 200°C im Temperhofen 6 bis 8 Stunden nachgehärtet. Die nachgehärteten Transformetten wurden auf ihre elektrischen Eigenschaften und Temperaturwechselbeständigkeit geprüft. Danach wurden aus den Transformetten Teilstücke herausgeschnitten oder herausgeschlagen und auf Gas- und Schrumpflunker untersucht. Die Prüfwerte bzw. die Untersuchungsergebnisse sind in Tabelle 3 aufgeführt.
    • Beispiel 2 (Vergleichsversuch)
  • Verwendet wurde das EP/IC-Harz A. Die Vorbehandlung der Transformetten sowie die Aufbereitung und der Verguss des EP/IC-Harzes erfolgten analog Beispiel 1. Entsprechend dem bislang praxisüblichen Vorgehen wurden die eingegossenen Transformetten jedoch im Umluftofen geliert, entformt und nachgehärtet. Die Temperatur im Umluftofen wurde auf 130°C eingestellt; die Nachhärtung der nach 3 Stunden entformten Transformetten erfolgte für die Dauer von 5 Stunden bei 150°C und danach für 8 Stunden bei 180°C.
  • In Fig. 2 ist der Temperaturverlauf im EP/IC-Harz bei der Vernetzung in unmittelbarer Nähe der Giessform (Kurve 20) und in unmittelbarer Nähe der Wicklung (Kurve 21) sowie für die Ofentemperatur (Kurve 22) dargestellt. Während der ersten 30 Minuten liegt die Kurve 20 (Giessformtemperatur) deutlich höher als die Kurve 21 (Wicklungstemperatur). Die Giessformtemperatur überläuft dann die Ofentemperatur (Kurve 22) und erreicht eine Höhe von ca. 140°C; durch die Wärmeabstrahlung erhöht sich die Ofentemperatur ebenfalls, und zwar auf ca. 135°C. Nach ca. 1 Stunde überläuft die Wicklungstemperatur (Kurve 21) nacheinander die Giessform- und die Ofentemperatur und steigt auf ca. 140°C an.
  • Unter den geschilderten Bedingungen ist es verständlich, dass in den OX/ICR-Formstoffen der gehärteten Transfometten hohe innere Spannungen vorliegen und die Transformetten schon beim Abkühlen auf Raumtemperatur Risse bekommen. Die Transformetten zeigen ausserdem, insbesondere am Eingusskanal, einen deutlichen Schwund. Die aus den Transformetten herausgeschnittenen Teilstücke zeigen ferner vielfach Lunker, so dass sie für elektrische Prüfungen nicht mehr verwendbar sind. Eine Senkung der Ofentemperatur von 130°C auf 110°C oder eine Verringerung des Gehaltes an Reaktionsbeschleunigervon 1,5% auf 1 % sowie der Austausch des Reaktionsbeschleunigers RB 1 durch den reaktionsträgeren Beschleuniger RB II (1-Cyanoethyl-2-phenylimidazol) ergibt ebenfalls unbrauchbare Transformetten.
    • Beispiel 3 (Vergleichsversuch)
  • Es wurden die Versuche entsprechend Beipiel 2 wiederholt, die Vernetzung der EP/IC-Harze im Temperofen wurde jedoch nach Beaufschlagung mit einem Überdruck von 3 bar bis zur Entformung durchgeführt. Die nachgehärteten Transformetten zeigen hier zwar beim Abkühlen auf Raumtemperatur eine geringere Spannungsrissanfälligkeit, doch es treten dann meistens bei derTemperaturwechselbeanspruchung Risse auf. Ferner zeigen die herausgeschnittenen Teilstücke im OX/ICR-Formstoff, insbesondere in der Nähe der Wicklung, häufig kleine Lunker, so dass auch diese Transformetten nur teilweise elektrisch geprüft werden konnten.
    • Beispiele 4 und 5
  • Verwendet wurde das EP/IC-Harz B bzw. C. Die Vorbehandlung der Transformetten und die Aufbereitung der EP/IC-Harze erfolgten analog Beispiel 1. Wegen der erhöhten Viskosität der EP/IC-Harze, bedingt durch die Verwendung von Quarzgut als Füllstoff, wurde die Temperatur im Mischaggregat vor Zugabe des Reaktionsbeschleunigers von 80°C nur auf 60 bis 65°C gesenkt; dies war aufgrund der hervorragenden latenten Eigenschaften des Beschleunigers RB I bis 70°C auch möglich (siehe dazu Fig. 3, in welcher der Viskositätsanstieg als Funktion der Temperatur dargestellt ist). Für die Steuerung des Heizstromes in der Wicklung wurde ein gegenüber Beispiel 1 folgendermassen geändertes Programm vorgegeben: Wicklungstemperatur 110°C, Einstellzeit 10 min, Laufzeit 30 min, und anschliessend Wicklungstemperatur 140°C, Einstellzeit 10 min, Laufzeit 30 min. Die Prüfergebnisse an den Transformetten enthält Tabelle 3.
    • Beispiele 6 und 7
  • Verwendet wurden die EP/IC-Harze D und E. Die Vorbehandlung der Transformetten erfolgte analog Beispiel 1, jedoch wurde die Temperatur im Giesskessel vor dem Verguss von 70°C auf 50°C gesenkt. Die Aufbereitung des EP/IC-Harzes (Komponente a) erfolgte analog Beispiel 1, aber ohne Zugabe des Reaktionsbeschleunigers. Der Reaktionsbeschleuniger wurde bei Raumtemperatur in einem zweiten kleinen Mischaggregat in Polyisocyanat gelöst (Komponente b). Diese Vorgehensweise wurde gewählt, weil der hierbei verwendete Reaktionsbeschleuniger RB 11 keine so ausgeprägten latenten Eigenschaften wie der Beschleuniger RB I besitzt. Der Verguss der Wicklungen erfolgte unter vermindertem Druck, wobei die Komponenten a und b über ein statisches Mischrohr vereinigt und dosiert wurden. Die Vernetzung und Nachhärtung der EP/IC-Harze erfolgte analog Beispiel 1. Die Prüfwerte der Transformetten sind in Tabelle 3 wiedergegeben.
    • Beispiel 8
  • Verwendet wurde das EP/IC-Harz F. Der Aufbau der Transformetten (entsprechend Beispiel 1) wurde dahingehend geändert, dass die vier Spulen als Lagenisolation Folien aus aromatischem Polyamid enthielten, die Spulen durch Glasgewebebänder mechanisch verstärkt waren und der Abstand zwischen den Spulen und der Giessformwand auf 2 mm reduziert wurde. Die Trocknung und Entgasung der Transformetten erfolgte analog Beispiel 1. Die Aufbereitung, Trocknung und Entgasung des EP/IC-Harzes im Mischaggregat erfolgte 3 Stunden lang unter Rühren und vermindertem Druck (0,1 mbar) bei 60°C, wobei der Reaktionsbeschleuniger nach einer Stunde zugegeben wurde. Der Verguss und die Vernetzung der EP/IC-Harze erfolgte analog Beispiel 1. Für die Steuerung des Heizstromes in der Wicklung wurde folgendes Programm vorgegeben: Wicklungstemperatur 100°C, Einstellzeit 10 min, Laufzeit 30 min, anschliessend Wicklungstemperatur 130°C, Einstellzeit 15 min, Laufzeit 30 min, und dann Wicklungstemperatur 150°C, Einstellzeit 15 min, Laufzeit 30 min.
    Figure imgb0001
    Figure imgb0002
    Figure imgb0003
    Figure imgb0004

Claims (12)

1. Verfahren zum Imprägnieren und Einbetten von elektrischen Wicklungen, insbesondere Spulen von Transformatoren, unter vermindertem Druck mittels Imprägnier- bzw. Giessharzen auf der Basis von Polyepoxid-Polyisocyanat-Gemischen (EP/IC-Harze) in Gegenwart eines latenten Reaktionsbeschleunigers, dadurch gekennzeichnet, dass
die EP/IC-Harze, gegebenenfalls einschliesslich Zusatzstoffe, unter vermindertem Druck und unter Rühren bei Temperaturen bis zu 110°C getrocknet werden,
die elektrischen Wicklungen getrocknet und mit den getrockneten EP/IC-Harzen unter vermindertem Druck bei Temperaturen bis zu 110°C imprägniert bzw. vergossen werden,
der verminderte Druck aufgehoben wird und eine Beaufschlagung mit Überdruck erfolgt, und
über durch Stromwärme im Leiter in der elektrischen Wicklung erzeugte Temperatur die Vernetzungsreaktion der EP/IC-Harze eingeleitet und - in Abhängigkeit von der Reaktionswärme - bis zur Entformung oder Nachhärtung der imprägnierten bzw. vergossenen Wicklungen gesteuert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die EP/IC-Harze bei 50 bis 80°C getrocknet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Wicklungen bei Temperaturen von Raumtemperatur bis 80°C mit dem EP/IC-Harz imprägniert bzw. vergossen werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überdruck von 1 bis 3 bar angewendet wird.
5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Vernetzungsreaktion der EP/IC-Harze mittels einer im Leiter erzeugten Temperatur von 60 bis 140°C eingeleitet wird.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Wicklungen - vor dem Imprägnieren bzw. Vergiessen - bei Temperaturen bis 80°C unter vermindertem Druck getrocknet werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Wicklungen durch Stromwärme im Leiter getrocknet werden.
8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als latente Reaktionsbeschleuniger Additionskomplexe von Bortrihalogeniden mit tertiären Aminen oder Imidazolen, Oniumsalze oder mit organischen Elektronenakzeptoren desaktivierte Amine eingesetzt werden.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass als latente Reaktionsbeschleuniger N-Cyanoethylmorpholin oder substituierte 1-Cyanoethylimidazole eingesetzt werden.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt des latenten Reaktionsbeschleunigers im EP/IC-Harz 0,01 bis 5 Gew.-%, vorzugsweise 0,25 bis 2,5 Gew.-%, beträgt.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachhärtung bei Temperaturen bis zu 2000C durchgeführt wird.
12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass den EP/IC-Harzen mineralische und/oder faserförmige Füllstoffe zugesetzt werden.
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