EP1250195B1 - Verfahren zur herstellung von isolierungen elektrischer leiter mittels pulverbeschichtung - Google Patents

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EP1250195B1
EP1250195B1 EP00982814A EP00982814A EP1250195B1 EP 1250195 B1 EP1250195 B1 EP 1250195B1 EP 00982814 A EP00982814 A EP 00982814A EP 00982814 A EP00982814 A EP 00982814A EP 1250195 B1 EP1250195 B1 EP 1250195B1
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EP
European Patent Office
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powder
insulation
individual layers
curing
process according
Prior art date
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EP00982814A
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French (fr)
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Thomas Baumann
Johann Nienburg
Jörg Oesterheld
Jörg SOPKA
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General Electric Technology GmbH
Original Assignee
Alstom Technology AG
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
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    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/29—Coated or structually defined flake, particle, cell, strand, strand portion, rod, filament, macroscopic fiber or mass thereof
    • Y10T428/2982—Particulate matter [e.g., sphere, flake, etc.]

Definitions

  • the invention relates to the insulation of electrical conductors of apparatus in the low to medium voltage range (i.e., up to about 50 kV) by powder coating. Likewise, the insulation in the high voltage range is possible, provided the conductors are not subjected to the full potential drop.
  • the invention in particular relates to insulation of electrical conductors that are thermally and electrically loaded, such as insulation of electrical conductors or conductor bundles rotating electrical machines. Other examples of possible Applications are switchgear and transformers.
  • E E 0 ⁇ t t 0 - 1 n .
  • E the electric field in kV / mm
  • E 0 the electric field at the lifetime t 0
  • t the time in h
  • t 0 1 h
  • n the lifetime coefficient.
  • the extrusion process used to make cable insulation is a continuous process, which is particularly suitable for the production of quasi-infinite, geometrically simpler structures.
  • the use of polyethylene for many possible applications not suitable because such PE isolations are used only up to about 90 ° C. can.
  • the invention seeks to avoid all these disadvantages. Its the task a method for producing insulation of electrical conductors by means of To provide a powder coating, which compared to glass mica or Giessharzisoltechnik has improved aging behavior.
  • this is achieved by using a method according to the preamble of claim 1, the powder up to a total thickness of the insulation of ⁇ 10 mm successively, in the form of successive Single layers applied and each of the individual layers before applying the next single layer thermally cured.
  • a curing time which is 2-10 times the Gel time of the powder used corresponds. Completion is a final hardening the entire insulation.
  • a powder which contains at least one fusible and curable resin-hardener auxiliary system and at least one inorganic filler.
  • the content of inorganic filler 5 to 50 weight percent, based on a closed density of the filler of up to 4 g / cm 3 .
  • At least 3 percent by weight of the total mixture of the powder consist of fine filler with an average particle size d 50 ⁇ 3 microns.
  • the remaining filler consists of coarse filler with a mean particle size d 50 ⁇ 30 ⁇ m.
  • the course of the powder melting to a closed film is at least 25 mm and the gelation time of the melted powder is at least 40 s.
  • Suitable coating method for applying the powder to be coated electrical conductors are the spray or vortex sintering or the thermal spraying of powder in the molten state. It can by a selection of resin-hardener adjuvant systems having a glass transition temperature of the thermosetting plastic of at least 130 ° C guaranteed be that isolation for all applications of medium voltage range can be used.
  • either only single layers with a uniform Layer thickness or single layers of different layer thickness in any Order are applied to the electrical conductors to be insulated. moreover Can be used to apply single layers of powder of different composition be used. This makes it possible to produce an insulation which meets the expected requirements according to the conditions of use the insulated electrical conductor is fair.
  • the polymer-based powder according to the invention contains at least one non-crosslinked system consisting of resin, hardener and auxiliaries, as well as electrically insulating inorganic fillers.
  • the auxiliaries influence, for example, the curing time or the process, it being possible to use auxiliaries known from the prior art.
  • Electrically insulating inorganic fillers to about 50 weight percent in amounts of about 5 on fillers with a closed density contain up to 4 g / cm 3 of.
  • the filler is either entirely as a fine filler with a mean particle size d 50 ⁇ 3 microns, especially d 50 ⁇ 1 micron, more preferably d 50 between 0.01 and 0.3 microns, or as a mixture of fine filler and coarse filler with d 50 ⁇ 30 microns, in particular between 3 and 20 microns, before.
  • the proportion of fine filler in the total mixture of the powder should be at least 3%, in particular at least 5%, and the polymer to be formed from resin and hardener should be a thermoset having a glass transition temperature of at least 130 ° C. in the crosslinked state.
  • Preferred fine fillers have a mean diameter d 50 of about 0.2 microns, although finer fillers can be used, which has a positive effect on the corona resistance but negative effect on the flow properties (thixotropy) of the molten insulating material.
  • the total filler content is about 40%. If the filler has an average closed density greater than 4 g / cm 3 , the limit and preferred values given hereinabove and below may be higher.
  • the fine filler and coarse filler may be different materials have different hardness. It is also within the scope of the present invention that the fine filler or the coarse filler or the fine filler and the coarse filler Mixtures of fillers of equal or different hardness are.
  • the coarse filler In order to prevent abrasion during the production of the insulating material or its processing for insulation, which is essential in particular in today's conventional use of steel or carbide equipment in the compounding and milling of the insulating material, the coarse filler must have a Mohs hardness, preferably at least one hardness unit below that of steel and hard metal (Mohs hardness of about 6).
  • Mohs hardness preferably at least one hardness unit below that of steel and hard metal
  • the processing leads to metallic abrasion, preferably in the form of chips in the sub-mm range. These are incorporated into the insulation and, due to their needle-like geometry, lead to points with a locally very greatly increased electric field strength, from which experience has shown that electrical breakdown can be triggered. Microscopic investigations revealed a surface density of such metallic particles of 1-3 / 100 mm 2 when using SiO 2 as coarse filler.
  • the abrasion is avoided by using "soft" fillers (Mohs hardness ⁇ 4) such as chalk meal and / or by using finer fillers with d 50 ⁇ 1 .mu.m.
  • Such fine fillers moreover have the advantage that they can prevent or at least greatly retard the electrical breakdown even in the presence of defects such as cavities or metallic inclusions (see in this regard US Pat. No. 4,760,296, DE 40 37 972 A1).
  • the life-prolonging effect is achieved by complete or partial replacement of the coarse filler by fillers with particle sizes in the nanometer range (0.005 to 0.1 microns maximum grain size).
  • Nanofillers however, have the unpleasant property of greatly increasing the melt toughness of the powder mixture (thixotropic effect).
  • TiO 2 powder with average grain sizes of about 0.2 microns as a complete or partial replacement for coarse filler does not lead to an adverse increase in melt viscosity and still has the life-prolonging effects in the nature of nano-fillers. In this way, insulation with low electrical aging could be realized.
  • the electrically insulating inorganic fillers are preferably selected from carbonates, silicates and metal oxides, which may also be present in the form of minced minerals.
  • examples of such fillers are, for example, TiO 2 , CaCO 3 , ZnO, wollastonite, clay and talc, with TiO 2 , ZnO and clay especially as fine filler and CaCO 3 , wollastonite and talc having particle sizes of about 10 ⁇ m (average particle size d 50 ) being especially specific are suitable as coarse filler.
  • Fillers of the desired grain size can be obtained in various ways be, e.g. by special precipitation methods, combustion processes, etc. but also by mechanical comminution, all of these methods being optional can be coupled with a fractionation or sieving process.
  • the presence of at least 5 weight percent filler and at least 3 weight percent, preferably at least 5 weight percent filler is essential because the filler is electrically insulating, increases mechanical strength, improves thermal conductivity, lowers the coefficient of thermal expansion, increases UV resistance and contributes to viscosity adjustment ,
  • the fines filler is also essential for increasing corona resistance, while the coarse filler allows for an increase in filler content with less increase in viscosity than would be the case with fines.
  • Filler contents above 50 percent by weight based on fillers with a closed density of up to 4 g / cm 3 and a maximum grain size of 20 microns and too high Feinglallergehalte are critical, since problems occur due to excessive viscosity both in the production of the insulating material and in its processing ,
  • thermosets for the matrix of insulating materials of the present invention in the cured state have a glass transition temperature of 130 ° C - 200 ° C, preferably 150 ° C - 180 ° C.
  • thermoset Since the inventive insulating material for a good insulation, as they are for the preferred applications is required, bubble-free or at least as much as possible should be bubble-free, should the resin-hardener excipient system of thermoset be such that it hardens without release of volatile substances.
  • the resin-hardener adjuvant system has a gel time, which at best in it or at the to be coated Surface adsorbed water or other volatile substances allows to escape from the insulating layer before this too much solidified, so that at best emerged pores at this exit respectively Can close bubbles.
  • the mixture of resin, hardener and organic additives should have a melting point have a maximum of 200 ° C, in which it is essential that the Melting point is below the activation temperature of the curing reaction, or that the curing reaction proceeds very slowly at the melting temperature, and can be stopped substantially when cooled. This is necessary to to prevent a far-reaching hardening already in the production of the insulating material.
  • the curing properties can be adjusted by adding suitable substances It must be ensured that such substances are nonvolatile or completely outgassed within the gel time.
  • the mixture has made of resin, hardener and organic auxiliaries a melting point of at least 50 ° C, in particular from 70 ° C - 120 ° C.
  • the Melting point of resin and / or hardener at up to about 200 ° C.
  • Such a high one Melting point is because of the activation of the curing reaction, which is usually in a similar, if not deeper, area is problematic.
  • Curing is usually carried out in a temperature range from 70 ° C to 250 ° C, preferably in a range of 130 ° C to 200 ° C.
  • thermoset is highly cross-linked, respectively has a high crosslink density.
  • a preferred thermoset is a Epoxy resin. Epoxy resin is i.a. preferred because both the carboxylic acid anhydride as well as the amine curing without release of volatile substances from the Resin resp. the hardener takes place. Furthermore, epoxy resin is usually crosslinking and the crosslink density can be increased by using di- or polyanhydrides as curing agents or polyamines and / or as a resin multifunctional, branched-chain Epoxy resins are used. To lower the volatility of the components and to increase the glass transition point are aromatic group-containing Resins and / or hardener preferred.
  • inventive insulating material additives contain auxiliaries, such as activators, accelerators, pigments etc., such substances are preferably low volatility.
  • the glass transition temperature (T g ) should be in this temperature range, preferably between 130 ° C and 200 ° C. Glass transition temperatures significantly higher than 200 ° C on the one hand difficult to realize and on the other hand lead to a material that is quite brittle in the room temperature.
  • the filler content is important, which should be> 10% by volume with such high requirements, which is about 23% by weight at a closed density of 4 g / cm 3 equivalent.
  • An insulation for the medium voltage and lower high voltage range thermally and electrically highly loaded electrical conductor is preferably characterized manufactured, that the electrical conductors to be coated at least partially be covered with an inventive insulating material, whereupon the Insulating material to a temperature above the melting and activation temperature for the curing of the resin-hardener excipient system of thermosetting and brought held there until gelation.
  • inventive insulating material e.g. a temperature above the melting and activation temperature for the curing of the resin-hardener excipient system of thermosetting and brought held there until gelation.
  • the above-mentioned freedom from bubbles is due both to the choice of process control as well as determined by different material properties. It's important, that the insulating material has a sufficiently low viscosity in the liquid state, to go well, and that the gel time is long enough for all the bubble-forming Admixtures (e.g., adsorbed water) may evaporate. This requirement after long gel times, the trend of powder coating is opposite, which to achieve high throughput times in thin-film painting the gel times deliberately set low by adding accelerators (typically 15 seconds (s)). By reducing the proportion of accelerators, however, can be the gel times of commercial powders without difficulty at times of ⁇ 60s, preferably 80-160s, which are sufficient for the present application are long.
  • accelerators typically 15 seconds (s)
  • the viscosity of spray powders is usually not considered separate Size measured and specified; but instead the so-called process, which results from viscosity and gel time, specified. bubble-free Layers are achieved when the drain> 25 mm, preferably 30-50 mm, is.
  • the thickness of a single layer being 0.05-0.3 mm, preferably 0.2 mm.
  • the powder was not optimized for slow gel times and therefore contained bubbles with diameters up to 0.3 mm in diameter. Electrodes of 80 mm diameter were applied to the plates. Subsequently, the samples were aged at 16 kV / mm under oil. Due to the bubbles, the samples were partially discharged (TE) during the test. After 2600 hours (h), the tests were stopped without a breakdown being observed.
  • Cu profiles with lxbxh 600 x 15 x 50 mm and edge radius 2.5 mm were coated with epoxy powder (with TiO 2 filler 35%) and a drain of 50 mm.
  • the layer thickness was 0.5-1 mm. Except for a few and very small bubbles ( ⁇ 50 microns), the insulation is completely void-free, as revealed by microscopic examinations on sections.
  • the tan ⁇ of the material remained below 10% in the range from room temperature to 200 ° C, so that only small electrical losses occurred.
  • the test pieces manufactured in 2 and 3 were subjected to an electrical life test subjected.
  • the result of the test is shown in the single figure. It exists no significant difference with regard to the two types of fillers.
  • a big part The data points shown correspond to samples that have not yet been broken through are; the final achievable life curve is even flatter than that shown in the figure.
  • This was usually at the edge of the profile, where the specified field strength by a factor of 1.7 compared to the homogenous field strength (related stress U / d with d layer thickness) is excessive (in the characteristic shown is this Field elevation factor not yet included).
  • the lifetime characteristic is extremely flat, which means that the material has a low electrical Aging undergoes and the permanent field strength, the expected lifetime of 20 years, not significantly lower than those in the short-term test measured breakdown field strength.
  • the lifetime coefficient n was about 33.

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Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung bezieht sich auf die Isolierungen elektrischer Leiter von Apparaten im Nieder- bis Mittelspannungsbereich (d.h. bis etwa 50 kV) mittels Pulverbeschichtung. Ebenso ist die Isolierung im Hochspannungsbereich möglich, sofern die Leiter nicht mit dem vollen Potentialabfall beaufschlagt werden. Die Erfindung betrifft insbesondere Isolierungen von elektrischen Leitern, die thermisch und elektrisch hoch belastet sind, wie Isolierungen von elektrischen Leitern oder Leiterbündeln rotierender elektrischer Maschinen. Weitere Beispiele für mögliche Anwendungen sind Schaltanlagen und Transformatoren.
Stand der Technik
Als elektrische Alterung wird das Phänomen bezeichnet, dass eine Isolation unter Belastung eine endliche Lebenszeit besitzt, welche im umgekehrten Verhältnis zur Höhe des wirkenden elektrischen Feldes steht. Dieser Zusammenhang zwischen Lebenszeit und elektrischer Feldstärke wird meist graphisch in Form einer Alterungskurve beschrieben. Sehr oft kann diese Kurve mathematisch als Potenzgesetz beschrieben werden, gemäss E = E0· tt0 -1n , wobei E das elektrische Feld in kV/mm, E0 das elektrische Feld bei der Lebenszeit t0, t die Zeit in h, mit t0 = 1 h und n der Lebensdauerkoeffizient ist. In doppeltlogarithmischer Darstellung von E und t ergibt obiger Ausdruck eine Gerade mit der Steigung -1/n.
Der Lebensdauerkoeffizient n kann als charakteristisch für die Art der Isolierung bezeichnet werden. Beispielsweise gilt für Glas/Glimmer-Isolation bei elektrischen, rotierenden Maschinen n = 7 bis 9, für Epoxy-, Giessharz-Isolationen im Schalterbau n = 12 bis 16 und für zumeist im Extrusionsverfahren isolierte Hochspannungskabel n ≤ 35. Technisch wünschenswert ist eine möglichst geringe Alterung, das heisst eine flache Alterungskurve bzw. ein möglichst grosser Lebensdauerkoeffizient n, wie er beispielsweise bei Kabeln realisiert werden kann.
Das zur Herstellung von Kabelisolationen eingesetzte Extrusionsverfahren ist ein kontinuierliches Verfahren, welches sich besonders zur Herstellung quasiunendlicher, geometrisch einfacher Strukturen eignet. Jedoch sind weder das Herstellungsverfahren noch die dazu verwendeten Materialien - meist ungefülltes, reines Polyäthylen - in weitem Rahmen anwendbar. So können Isolierungen von komplexen und kleinen Strukturen, wie beispielsweise von Motorspulen oder von Verbindungen in Schaltanlagen, mittels dieses Verfahrens nicht hergestellt werden. Ebenso ist die Verwendung von Polyäthylen für viele mögliche Anwendungsfälle nicht geeignet, weil solche PE-Isolationen nur bis ca. 90°C eingesetzt werden können.
Als weitgehend geometrieunabhängiges Isolierverfahren ist die Pulverbeschichtung bekannt. Im Gegensatz zur Extrusion eignet sich dieses Isolierverfahren selbst für sehr komplexe Leiterstrukturen. Theoretisch könnte damit eine Vielzahl von Mittelspannungsgeräten effektiv und kostengünstig isoliert werden, für welche das Extrusionsverfahren nicht in Frage kommt. Gegenwärtig steht einem weiten Einsatz jedoch entgegen, dass mit den bekannten Pulverbeschichtungsverfahren und mit den verfügbaren Beschichtungsmaterialien keine qualitativ ausreichenden Isolierungen erzielbar sind.
Die bereits bekannten Anwendungen der Pulverbeschichtung sind die Isolierung der Einzelleiter von Leiterbündeln im Generatorbau, sogenannten Roebelstäben, sowie die Isolierung von Sammelschinen. In beiden Fällen wird die fertige Isolation jedoch nur schwach beansprucht. Die Spannung, welche zwischen den Einzelleitern von Roebelstäben auftritt, liegt bei wenigen Volt. Somit ist die Isolation selbst bei einer Schichtdicke der Teilleiterisolation von 50-200 µm elektrisch nur schwach belastet, d.h. mit elektrischen Feldern von E < 1 kV/mm.
Sowohl aus der US 4040993 als auch aus der US 4088809 ist d.ie Herstellung von Epoxydharzpulvern bekannt, mit welchen durch elektrostatisches Spritzen oder Wirbelsintern eine solche Teilleiterisolation erzeugt werden kann. Diese Isolierungen sind jedoch nicht für hohe elektrische Belastungen ab E > 3 kV/mm geeignet. Zudem ist mit ihnen lediglich eine geringe Schichtdicke von ca. 120 µm (< 5 mils) realisierbar.
Weil sich auf der Oberfläche der Isolierung keine Gegenelektrode befindet, ist die Isolierung bei Sammelschinen ebenfalls nur schwach oder gar nicht belastet. Das elektrische Potential der Sammelschiene wird somit fast vollständig im Luftraum oberhalb der Schicht abgebaut. Infolgedessen stören Hohlräume in der Epoxidschicht weit weniger als bei der vorliegenden Anwendung. Versuche mit einem für Sammelschienen-Beschichtung verwendeten Pulver zeigten dementsprechend auch einen extremen Gehalt an Löchern.
Ähnliches gilt für Pulver, welche benutzt werden, um elektrische Kleinmotoren oder Teile von ihnen mit einer dünnen Schicht Epoxy zu versehen. Diese Schicht hat in erster Linie die Aufgabe eines Korrosionsschutzes zu erfüllen und ist elektrisch nicht oder kaum belastet.
Kommerziell erhältlich sind Pulver welche den thermischen Anforderungen genügen, jedoch elektrisch ungeeignet sind. Solche Pulver werden meist für den Korrosionsschutz im Bereich des chemischen Anlagenbaus verwendet. Das Verfahren zur Herstellung solcher Pulver über Heissmischen, Schmelzen, Abkühlen und Mahlen entspricht dem allgemeinen Stand der Technik, wie er beispielhaft in der US 4040993 beschrieben ist.
Generell werden mit den bekannten Pulverbeschichtungsverfahren zur Herstellung von elektrischen Isolierungen Schichten mit Schichtdicken d ≤ 0,1 mm erzeugt (Pulverlackierung). Für die Isolierung thermisch und elektrisch stark belasteter Leiter sind jedoch deutlich grössere Schichtdicken (z.B. d = 6 mm für 30 kV bei einer Feldstärke von 5 kV/mm) und ein verbesserter Lebensdauerkoeffizient erforderlich.
Darstellung der Erfindung
Die Erfindung versucht alle diese Nachteile zu vermeiden. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Isolierungen elektrischer Leiter mittels Pulverbeschichtung bereitzustellen, welches ein gegenüber Glas-Glimmer- bzw. Giessharzisolierung verbessertes Alterungsverhalten aufweist.
Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass bei einem Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1, das Pulver bis zu einer Gesamtdicke der Isolierung von ≤ 10 mm mehrmals nacheinander, in Form von aufeinander folgenden Einzelschichten aufgetragen und jede der Einzelschichten vor dem Auftragen der nächsten Einzelschicht thermisch zwischengehärtet wird. Beim Zwischenhärten jeder Einzelschicht wird eine Härtezeit eingehalten, welche dem 2-10fachen der Gelzeit des verwendeten Pulvers entspricht. Abschliessen erfolgt eine Endhärtung der gesamten Isolierung.
Dazu kommt ein Pulver zur Anwendung welches mindestens ein schmelz- und härtbares Harz-Härter-Hilfsstoffsystem sowie mindestens einen anorganischen Füllstoff enthält. Dabei beträgt der Gehalt an anorganischem Füllstoff 5 - 50 Gewichtsprozent, bezogen auf eine geschlossene Dichte des Füllstoffes von bis zu 4 g/cm3. Mindestens 3 Gewichtsprozent der Gesamtmischung des Pulvers bestehen aus Feinfüller mit einer mittleren Korngrösse d50 < 3 µm. Der restliche Füllstoff besteht aus Grobfüller mit einer mittleren Korngrösse d50 < 30 µm. Dabei beträgt der Ablauf des zu einem geschlossenen Film aufschmelzenden Pulvers mindestens 25 mm und die Gelierzeit des aufgeschmolzenen Pulvers mindestens 40 s.
Aufgrund des mehrmaligen Auftragens von dünnen Einzelschichten des Pulvers und der anschliessenden thermischen Zwischenhärtung dieser Einzelschichten entsteht einerseits wegen der damit verbundenen Reduzierung der Blasenbildung eine Isolierung mit einer deutlich verbesserten Qualität und einem ebenfalls deutlich verbesserten Lebensdauerkoeffizienten, welche andererseits durch das Auftragen weiterer Einzelschichten bis zur für die jeweilige Anwendung erforderlichen Schichtdicke verstärkt werden kann. Durch die Zwischenhärtung erreicht die jeweils äussere Einzelschicht eine hinreichend grosse Festigkeit zum Auftragen der nächsten Einzelschicht und behält gleichzeitig noch genügend ungebundenen Harter, um mit der nächsten Einzelschicht eine chemische Vernetzung einzugehen. Nicht zuletzt trägt auch die Zusammensetzung des Pulvers, insbesondere der erfindungsgemässe Anteil an Feinfüller, zur Erhöhung der Standzeit der Isolierung bei.
Geeignete Beschichtungsverfahren zur Auftragen des Pulvers auf die zu beschichtenden elektrischen Leiter sind das Sprüh- oder Wirbelsintern oder das thermische Spritzen von Pulver im schmelzflüssigen Zustand. Dabei kann durch eine Auswahl von Harz-Härter-Hilfsstoffsystemen mit einer Glasumwandlungstemperatur des duroplastischen Kunststoffs von mindestens 130°C gewährleistet werden, dass die Isolierung für alle Anwendungsfälle des Mittelspannungsbereichs einsetzbar ist.
Besonders vorteilhaft ist es, die thermische Zwischenhärtung der Einzelschichten über eine Zeitdauer durchzuführen, welche dem 3-5fachen der Gelzeit des verwendeten Pulvers entspricht. Auf diese Weise kann bei jeder Einzelschicht ein optimales Verhältnis von Festigkeit und Vermögen, mit der nächsten Einzelschicht eine chemische Vernetzung einzugehen, erreicht werden.
Es ist besonders zweckmässig, wenn die Einzelschichten mit einer möglichst geringen Schichtdicke von ≤ 0,5 mm bis hin zu einer optimalen Schichtdicke von 0,2 mm aufgetragen werden. Auf diese Weise kann eine vollständige, qualitativ hochwertige Beschichtung selbst komplexer Oberflächen sowie eine für thermisch und elektrisch hoch belastete Leiter geeignete Schichtdicke realisiert werden.
Alternativ können entweder ausschliesslich Einzelschichten mit einer gleichmässigen Schichtdicke oder Einzelschichten unterschiedlicher Schichtdicke in beliebiger Reihenfolge auf die zu isolierenden elektrischen Leiter aufgetragen werden. Zudem kann zum Auftragen einzelner Einzelschichten Pulver unterschiedlicher Zusammensetzung verwendet werden. Dadurch wird es möglich, eine Isolierung herzustellen, welche den zu erwartenden Anforderungen entsprechend den Einsatzbedingungen der isolierten elektrischen Leiter gerecht wird.
Die wichtigsten Anforderungen an die fertige Isolierung sind folgende:
  • 1. Die Isolierung soll einsetzbar sein bis hin zu Wärmeklasse H, d.h. Tmax = 180 °C im Dauerbetrieb. Da in der Elektrotechnik üblicherweise eine Wärmeklasse als Sicherheitsreserve verlangt wird, soll die Isolierung den Anforderungen der Wärmeklasse C, d.h. Tmax = 205 °C genügen. Normalerweise gilt diese Anforderung als erfüllt, wenn der Temperatur-Index (TI) > Betriebstemperatur (Top) ist. Über die Bestimmung des TI gibt die Norm IEC 218 Auskunft.
  • 2. Die Isolierung soll im Dauerbetrieb elektrisch stark belastbar sein, d.h. mit E > 3 kV/mm, insbesondere E ≥ 5 kV/mm. Als Feldstärke E wird hier die effektive Wechselspannung Ueff, dividiert durch die Dicke d der Isolierung auf der Flachseite des Leiters bezeichnet, also E = Ueff/d. Mit E = 5 kV/mm und einer angestrebten Maximalspannung von 50 kV ergibt sich, dass die Isolierung in Dicken bis zu 10 mm herstellbar sein soll.
  • 3. Geringe elektrische Verluste (Richtwert tan δ < 0.3) bis hin zur Maximaltemperatur, da sich die Isolierung bei E=5 kV/mm und grösseren dielektrischen Verlusten selbst aufheizt und ein Versagen durch Wärmedurchschlag auftreten kann.
  • 4. Weitestgehend frei von Hohlräumen (meist Gaseinschlüsse), welche bei Betrieb zu elektrischen Teilentladungen (TE) und frühzeitigem dielektrischen Versagen führen können.
  • 5. Resistent gegen TE oder Oberflächenentladungen kleiner Energie. Dadurch wird das Isoliersystem fehlertolerant gegenüber begrenzten Qualitätsschwankungen.
  • 6. Frei von scharfkantigen leitfähigen Einschlüssen (z.B. Metallspänen), welche zu lokal stark überhöhten Feldern und ebenfalls zu frühzeitigem Versagen führen.
    • Spezielle Eigenschaften des Pulvers können den abhängigen Ansprüchen entnommen werden.
    Kurze Beschreibung der Zeichnung
    Die einzige Figur zeigt das Resultat eines elektrischen Lebensdauertests verschiedener Prüflinge, isoliert mit erfindungsgemäss aufgebrachtem, feinfüllerhaltigem Epoxidharzpulver, wobei horizontal die Lebensdauer in Stunden, vertikal die Feldstärke in kV/mm abgebildet sind.
    Weg zur Ausführung der Erfindung
    Das erfindungsgemässe, auf Polymerbasis beruhende Pulver enthält mindestens ein nichtvernetztes System bestehend aus Harz, Härter und Hilfsstoffen sowie elektrisch isolierende anorganische Füllstoffe. Die Hilfsstoffe beeinflussen beispielsweise die Härtezeit oder den Ablauf, wobei aus dem Stand der Technik bekannte Hilfsstoffe verwendet werden können. Elektrisch isolierende anorganische Füllstoffe sind in Mengen von etwa 5 bis etwa 50 Gewichtsprozent bezogen auf Füllstoffe mit geschlossener Dichte von bis zu 4 g/cm3 enthalten. Dabei liegt der Füllstoff entweder gänzlich als Feinfüller mit einer mittleren Korngrösse d50 < 3 µm, insbesondere d50 < 1 µm, speziell bevorzugt mit d50 zwischen 0.01 und 0.3 µm, oder als Mischung von Feinfüller und Grobfüller mit d50 < 30 µm, insbesondere zwischen 3 und 20 µm, vor. Der Anteil Feinfüller an der Gesamtmischung des Pulvers sollte mindestens 3%, insbesondere mindestens 5%, betragen, und das aus Harz und Härter zu bildende Polymer ein Duroplast sein, der im vernetzten Zustand eine Glasumwandlungstemperatur von mindestens 130°C aufweist.
    Bevorzugte Feinfüller haben einen mittleren Durchmesser d50 von ca. 0.2 µm, wobei auch feinere Füllstoffe eingesetzt werden können, was sich positiv auf die Coronaresistenz aber negativ auf die Fliesseigenschaften (Thixotropie) des geschmolzenen Isoliermaterials auswirkt.
    Vorzugsweise beträgt der gesamte Füllstoffgehalt etwa 40 %. Falls der Füllstoff eine gemittelte geschlossene Dichte von über 4 g/cm3 hat, können die hier vorstehend und nachfolgend angegebenen Grenz- und Vorzugswerte höher liegen.
    Der Feinfüller und der Grobfüller können unterschiedliche Materialien sein, welche unterschiedliche Härte aufweisen. Es liegt auch im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass der Feinfüller oder der Grobfüller oder der Feinfüller und der Grobfüller Mischungen von Füllstoffen gleicher oder unterschiedlicher Härte sind.
    Um Abrieb bei der Produktion des Isoliermaterials oder dessen Verarbeitung zur Isolierung zu verhindern, was insbesondere bei der heute üblichen Verwendung von Stahl- oder Hartmetallgeräten bei der Compoundierung und dem Mahlen des Isoliermaterials wesentlich ist, muss der Grobfüller eine Mohs'sche Härte aufweisen, die vorzugsweise mindestens eine Härteeinheit unter derjenigen von Stahl und Hartmetall (Mohs'scher Härtegrad von ca. 6) liegt. Bei Verwendung harter Füllstoffe, z.B. Quarzmehl (Härtegrad 7), führt die Verarbeitung zu metallischem Abrieb, bevorzugt in Form von Spänen im sub-mm Bereich. Diese werden in die Isolierung eingebaut und führen aufgrund ihrer nadelähnlichen Geometrie zu Stellen mit einer lokal sehr stark überhöhten elektrischen Feldstärke, von welchen erfahrungsgemäss ein elektrischer Durchschlag ausgelöst werden kann. Mikroskopische Untersuchungen ergaben eine Flächendichte derartiger metallischer Partikel von 1-3/100 mm2 bei Verwendung von SiO2 als Grobfüller.
    Vermieden wird der Abrieb durch Verwendung von "weichen" Füllern (Mohs'scher Härtegrad ≤ 4) wie z.B. Kreidemehl und/oder durch Verwendung von feineren Füllstoffen mit d50 <<1 µm. Derartige Feinfüller haben darüber hinaus den Vorteil, dass sie selbst bei Vorliegen von Fehlstellen wie Hohlräumen oder metallischen Einschlüssen den elektrischen Durchbruch verhindern oder zumindest sehr stark verzögern können (siehe hierzu US 4760296, DE 40 37 972 A1). In diesen beiden Schriften wird die lebensdauererhöhende Wirkung durch gänzlichen oder teilweisen Ersatz des Grobfüllers durch Füller mit Korngrössen im Nanometer-Bereich (0.005 bis 0.1 µm maximale Korngrösse) erzielt. Nanofüller haben jedoch die unangenehme Eigenschaft, die Schmelzezähigkeit der Pulvermischung stark zu erhöhen (Thixotropie-Effekt). Dies stört sowohl bei der Herstellung des Pulvers als auch bei seiner Verarbeitung. Für die vorliegende Anwendung hat sich gezeigt, dass TiO2-Pulver mit mittleren Korngrössen von ca. 0.2 µm als vollständiger oder teilweiser Ersatz für Grobfüller nicht zu einer nachteiligen Erhöhung der Schmelzeviskosität führt und trotzdem die lebensdauererhöhenden Wirkungen in der Art von Nano-Füllern besitzt. Auf diese Weise konnte eine Isolierung mit geringer elektrische Alterung realisiert werden.
    Zur Vermeidung von Metallabrieb wäre es auch möglich, alle Kontaktflächen zum Isoliermaterial mit einem Schutzüberzug zu versehen, z.B. mit einem Keramiküberzug, oder gewisse Produktionsmittel z.B. aus Keramik herzustellen. Ein solcher Ersatz oder Teilersatz von Metallteilen ist aber zur Zeit sehr teuer. Obschon der Abrieb bei z.B. Keramikoberflächen das elektrische Feld und damit die Isolierwirkung nicht beeinflusst, gilt trotzdem die Regel, dass der Grobfüller eine Härte haben soll, die mindestens etwa einen Mohs'schen Härtegrad unter derjenigen des Produktionsmittels oder Behälters liegt, d.h. bei einer Keramikbeschichtung einer Härte von üblicherweise etwa 8 bei maximal einer Mohs'sche Härte von etwa 7.
    Die elektrisch isolierenden anorganischen Füllstoffe sind vorzugsweise ausgewählt aus Karbonaten, Silikaten und Metalloxiden, die auch in Form zerkleinerter Mineralien vorliegen können. Beispiele solcher Füllstoffe sind z.B. TiO2, CaCO3, ZnO, Wollastonit, Ton und Talkum, wobei TiO2, ZnO sowie Ton speziell als Feinfüller und CaCO3, Wollastonit sowie Talkum mit Korngrössen um ca. 10 µm (mittlere Korngrösse d50) speziell als Grobfüller geeignet sind.
    Füllstoffe mit der gewünschten Korngrösse können auf verschiedene Arten erhalten werden, z.B. durch spezielle Fällverfahren, Verbrennungsprozesse, etc. aber auch durch mechanisches Zerkleinern, wobei alle diese Verfahren gegebenenfalls mit einem Fraktionier- oder Siebverfahren gekoppelt werden können.
    Die Gefahr von Abrieb durch die Verwendung von hartem Feinfüller ist weit weniger kritisch, da feinkörnige Schleifmittel allgemein wesentlich weniger effektiv sind als grobkörnige Schleifmittel.
    Die Anwesenheit von mindestens 5 Gewichtsprozent Füllstoff und mindestens 3 Gewichtsprozent, vorzugsweise mindestens 5 Gewichtsprozent Feinfüller ist wesentlich, da der Füllstoff elektrisch isolierend wirkt, die mechanische Festigkeit erhöht, die Wärmeleitfähigkeit verbessert, den thermischen Ausdehnungskoeffizienten erniedrigt, die UV-Beständigkeit erhöht und zur Viskositätseinstellung beiträgt. Der Feinfüller ist zudem wesentlich für die Erhöhung der Coronaresistenz, während der Grobfüller eine Erhöhung des Füllstoffgehalts bei geringerer Viskositätserhöhung gestattet, als dies mit Feinfüller der Fall wäre. Füllstoffgehalte oberhalb 50 Gewichtsprozent bezogen auf Füllstoffe mit geschlossener Dichte von bis zu 4 g/cm3 und maximaler Korngrösse von 20 µm sowie zu hohe Feinfüllergehalte sind kritisch, da sich sowohl bei der Herstellung des Isoliermaterials als auch bei dessen Verarbeitung Probleme aufgrund zu hoher Viskosität einstellen.
    Bevorzugte Duroplaste für die Matrix der Isoliermaterialien der vorliegenden Erfindung weisen im ausgehärteten Zustand eine Glasumwandlungstemperatur von 130°C - 200°C auf, bevorzugt 150°C - 180°C.
    Da das erfindungsgemässe Isoliermaterial für eine gute Isolierwirkung, wie sie für die bevorzugten Anwendungen erforderlich ist, blasenfrei oder zumindest weitestgehend blasenfrei sein muss, sollte das Harz-Härter-Hilfsstoffsystem des Duroplast derart sein, dass es ohne Freisetzung flüchtiger Substanzen aushärtet.
    Um Blasen beim Aushärten zu vermeiden ist es zudem bevorzugt, dass das Harz-Härter-Hilfsstoffsystem eine Gelzeit hat, die es allenfalls darin oder an der zu beschichtenden Oberfläche adsorbiertem Wasser oder anderen leichtflüchtigen Substanzen ermöglicht, aus der Isolierschicht auszutreten, bevor sich diese zu sehr verfestigt hat, damit sich allenfalls bei diesem Austritt entstandene Poren respektive Blasen schliessen können.
    Die Mischung aus Harz, Härter und organischen Hilfsstoffen sollte einen Schmelzpunkt von maximal 200°C aufweisen, wobei vor allem wesentlich ist, dass der Schmelzpunkt unterhalb der Aktivierungstemperatur der Härtungsreaktion liegt, oder dass die Härtungsreaktion bei der Schmelztemperatur sehr langsam abläuft, und bei Abkühlung im wesentlichen gestoppt werden kann. Dies ist notwendig, um eine weitreichende Härtung bereits bei der Herstellung des Isoliermaterials zu verhindern. Die Härtungseigenschaften können durch Zugabe geeigneter Stoffe eingestellt werden, wobei darauf zu achten ist, dass solche Stoffe schwerflüchtig sind oder innerhalb der Gelzeit vollständig ausgasen. Vorzugsweise hat die Mischung aus Harz, Härter und organischen Hilfsstoffen einen Schmelzpunkt von mindestens 50°C, insbesondere von 70°C - 120°C. In Ausnahmefällen kann der Schmelzpunkt von Harz und/oder Härter bei bis zu etwa 200°C liegen. Ein so hoher Schmelzpunkt ist aber wegen der Aktivierung der Härtungsreaktion, die üblicherweise in einem ähnlichen wenn nicht gar tieferen Bereich liegt, problematisch. Die Härtung erfolgt üblicherweise in einem Temperaturbereich von 70°C bis 250°C, vorzugsweise in einem Bereich von 130°C bis 200°C.
    Um die hohen Anforderungen an den Glasumwandlungspunkt des Duroplasts erfüllen zu können, ist es bevorzugt, dass der Duroplast stark quervernetzt ist, respektive eine hohe Vernetzungsdichte aufweist. Ein bevorzugter Duroplast ist ein Epoxidharz. Epoxidharz ist u.a. deshalb bevorzugt, weil sowohl die Carbonsäureanhydrid- wie auch die Aminhärtung ohne Freisetzung flüchtiger Stoffe aus dem Harz resp. dem Härter erfolgt. Ferner ist Epoxidharz üblicherweise quervernetzend und die Vernetzungsdichte kann erhöht werden, indem als Härter Di- oder Polyanhydride oder Polyamine und/oder als Harz multifunktionelle, verzweigtkettige Epoxidharze eingesetzt werden. Um die Flüchtigkeit der Komponenten zu erniedrigen und den Glasumwandlungspunkt zu erhöhen sind aromatische Gruppen enthaltende Harze und/oder Härter bevorzugt.
    Wie bereits oben angedeutet kann das erfindungsgemässe Isoliermaterial Zusatzstoffe respektive Hilfsstoffe enthalten, wie Aktivatoren, Beschleuniger, Pigmente etc., wobei solche Stoffe vorzugsweise schwerflüchtig sind.
    Für einige Anwendungen der neuen Isolierung, insbesondere im Gebiet der rotierenden elektrischen Maschinen, ist eine Verwendung der Isolierung in Wärmeklasse H (Tmax = 180°C) notwendig. Dafür sollte die Glasumwandlungstemperatur (Tg) in diesem Temperaturbereich liegen, bevorzugt zwischen 130°C und 200°C. Glasumwandlungstemperaturen deutlich höher als 200°C sind einerseits schwer zu realisieren und führen andererseits zu einem Material, das im Bereich der Raumtemperatur recht spröde ist. Zur Erfüllung der Anforderung mechanische Stabilität in Klasse H ist neben einer Tg im Bereich von 180°C zusätzlich der Füllstoffgehalt wichtig, der bei so hohen Anforderungen > 10 Volumenprozent betragen sollte, was bei einer geschlossenen Dichte von 4 g/cm3 etwa 23 Gewichtsprozent entspricht.
    Eine Isolierung für den Mittelspannungs- und unteren Hochspannungsbereich thermisch und elektrisch hoch belasteter elektrischer Leiter wird vorzugsweise dadurch hergestellt, dass die zu beschichtenden elektrischen Leiter mindestens teilweise mit einem erfindungsgemässen Isoliermaterial bedeckt werden, worauf das Isoliermaterial auf eine Temperatur über der Schmelz- und Aktivierungstemperatur für die Aushärtung des Harz-Härter-Hilfsstoffsystems des Duroplasts gebracht und dort bis zur Gelierung gehalten wird. Das Aufbringen des Pulvers kann auf verschiede Arten erfolgen, z.B. durch Besprühen mit und ohne elektrostatische Aufladung oder im Wirbelbett.
    Die oben erwähnte Blasenfreiheit ist sowohl durch die Wahl der Prozessführung als auch durch verschiedene Materialeigenschaften bestimmt. Wichtig ist, dass das Isoliermaterial im flüssigen Zustand eine hinreichend niedrige Viskosität hat, um gut zu verlaufen, und dass die Gelzeit lang genug ist, damit alle blasenbildenden Beimischungen (z.B. adsorbiertes Wasser) verdampfen können. Diese Forderung nach langen Gelzeiten ist dem Trend der Pulverlackierer entgegengesetzt, welche zur Erzielung hohen Durchlaufzeiten beim Dünnschicht-Lackieren die Gelzeiten durch Zugabe von Beschleunigern gezielt niedrig einstellen (typischerweise 15 Sekunden (s)). Durch Verringerung des Beschleunigeranteiles lassen sich jedoch die Gelzeiten handelsüblicher Pulver ohne Schwierigkeiten auf Zeiten von ≥ 60s bringen, vorzugsweise 80-160s, welche für die vorliegende Anwendung ausreichend lang sind. Die Viskosität wird bei Sprühpulvern meist nicht als separate Grösse gemessen und spezifiziert; sondern statt dessen wird der sogenannte Ablauf, welcher sich aus Viskosität und Gelzeit ergibt, spezifiziert. Blasenfreie Schichten werden danach erzielt, wenn der Ablauf > 25 mm, vorzugsweise 30 - 50 mm, ist.
    Um Blasenbildung durch allenfalls auf der Oberfläche des zu beschichtenden elektrischen Leiters bzw. im Isoliermaterial vorhandene leichtflüchtige Stoffe (z.B. adsorbiertes und absorbiertes Wasser) zusätzlich zu minimieren und vorzugsweise vollständig zu verhindern, hat sich ein schichtweiser Auftrag der Isolierung als äusserst vorteilhaft erwiesen, wobei die Dicke einer Einzelschicht 0.05-0.3 mm, vorzugsweise 0.2 mm beträgt.
    Zum Aufbau von Schichten mit d > 0,2 mm wird das Aufbringen der Einzelschichten bis zur gewünschten Schichtdicke wiederholt. Nach jeder Schichtaufbringung wird das System bestehend aus Harz, Härter, Hilfsstoffen und Füllern entsprechend seiner Gelzeit ca. 60 - 300 s getempert, wobei es zum Aufschmelzen, zur Wasserabgabe und zu einer teilweisen Härtung kommt. Zudem können durch den Einsatz unterschiedlicher Pulverzusammensetzungen lokal unterschiedliche Passagen innerhalb der Einzelschichten oder lokal unterschiedliche Schichtdicken der gesamten Isolierung erzeugt werden. Auf diese Weise lässt sich die Isolierung optimal an die zu beschichtende Oberfläche anpassen.
    Ausführungsbeispiele Beispiel 1:
    Ein Epoxidharzpulver, welches 40 Masseprozent TiO2 mit einer mittleren Korngrösse d50= 0.2 µm enthält, wurde benutzt um eine Isolierung mit d = 0.5 mm auf Cu Platten von 200 mm x 200 mm aufzubringen. Das Pulver war nicht optimiert hinsichtlich langsamer Gelzeiten und enthielt deshalb Blasen mit Durchmessern bis 0.3 mm Durchmesser. Auf die Platten wurden Elektroden mit 80 mm Durchmesser aufgebracht. Anschliessend wurden die Proben bei 16 kV/mm unter Öl gealtert. Aufgrund der Blasen waren die Proben während des Tests teilentladungs(TE)-aktiv. Nach 2600 Stunden (h) wurden die Tests abgebrochen, ohne dass ein Durchschlag beobachtet wurde.
    Im Gegenbeispiel wurde als Füller Quarzmehl mit d50= 10 µm verwendet. Keine der Proben erreicht im Alterungstest eine Lebensdauer von mehr als 1 h.
    Beispiel 2:
    Cu-Profile mit l x b x h = 600 x 15 x 50 mm und Kantenradius 2,5 mm wurden mit Epoxidharzpulver (mit TiO2- Füller 35 %) und einem Ablauf von 50 mm beschichtet. Die Schichtdicke betrug 0.5 - 1 mm. Bis auf wenige und sehr kleine Blasen (< 50 µm) ist die Isolierung vollkommen hohlraumfrei, wie mikroskopische Untersuchungen an Schnitten ergaben. Die,TE-Einsatzfeldstärken, definiert über die Detektion eines TE-Pegels von > 5 pC, lagen bei 18 - 25 kV/mm. Der tan δ des Materials blieb im Bereich von Raumtemperatur bis zu 200 °C unter 10%, so dass lediglich geringe elektrische Verluste auftraten.
    Beispiel 3:
    Wie Beispiel 2, als Füller wurden jedoch 35 % CaCO3 mit d50 ca. 7 µm und lediglich 5 % Feinfüller (TiO2) verwendet. Die Ergebnisse der TE-Messung waren gleich gut wie bei Beispiel 2
    Beispiel 4:
    Die in 2 und 3 gefertigten Prüflinge wurden einem elektrischen Lebensdauertest unterworfen. Das Ergebnis des Tests ist in der einzigen Figur dargestellt. Es besteht hinsichtlich der beiden Füllerarten kein signifikanter Unterschied. Ein Grossteil der abgebildeten Datenpunkte entsprechen Proben, welche noch nicht durchgeschlagen sind; die endgültig erreichbare Lebensdauerkurve ist also noch flacher als die in der Figur dargestellte. In den Fällen, wo es zu einem Durchschlag kam, befand sich dieser in der Regel an der Kante des Profils, wo die angegebene Feldstärke um den Faktor 1.7 gegenüber der Homogenfeldstärke (bezogene Spannung U/d mit d = Schichtdicke) überhöht ist (in der dargestellten Kennlinie ist dieser Feldüberhöhungsfaktor noch nicht enthalten). Die Lebensdauerkennlinie ist ausserordentlich flach, was bedeutet, dass das Material nur eine geringe elektrische Alterung erfährt und die Dauerfeldstärke, die zu einer erwarteten Lebensdauer von 20 Jahren führt, nicht wesentlich niedriger liegt, als die im Kurzzeittest gemessene Durchschlagfeldstärke. Der Lebensdauerkoeffizient n betrug ca. 33.
    Beispiel 5:
    Mit Epoxidharzpulvern, enthaltend 40% TiO2 Feinfüller, wurde in 56 Lagen eine Isolierung von 10 mm Gesamtdicke hergestellt.

    Claims (9)

    1. Verfahren zur Herstellung von Isolierungen elektrischer Leiter mittels Pulverbeschichtung, auf Basis von duroplastischen Kunststoffen, dadurch gekennzeichnet, dass
      a) das Pulver bis zu einer Gesamtdicke der Isolierung von ≤ 10 mm mehrmals nacheinander, in Form von aufeinander folgenden Einzelschichten aufgetragen wird,
      b) jede der Einzelschichten vor dem Auftragen der nächsten Einzelschicht thermisch zwischengehärtet wird,
      c) beim Zwischenhärten jeder Einzelschicht eine Härtezeit eingehalten wird, welche dem 2-10fachen der Gelzeit des verwendeten Pulvers entspricht,
      d) eine abschliessende Endhärtung der gesamten Isolierung durchgeführt wird.
    2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Zwischenhärtung über eine Zeitdauer durchgeführt wird, welche dem 3-5fachen der Gelzeit des verwendeten Pulvers entspricht.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelschichten mit einer Schichtdicke von ≤ 0,5 mm aufgetragen werden.
    4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelschichten mit einer Schichtdicke von ≤ 0,3 mm, insbesondere mit einer Schichtdicke von 0,2 mm aufgetragen werden.
    5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ausschliesslich Einzelschichten mit einer gleichmässigen Schichtdicke aufgetragen werden.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Einzelschichten mit unterschiedlichen Schichtdicken aufgetragen werden.
    7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Auftragen der Einzelschichten Pulver unterschiedlicher Zusammensetzung verwendet werden.
    8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver mittels Sprüh- oder Wirbelsintern aufgetragen wird.
    9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulver im schmelzflüssigen Zustand mittels thermischen Spritzens aufgetragen wird.
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    Families Citing this family (15)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    DE10113299A1 (de) * 2001-03-16 2002-09-19 Alstom Switzerland Ltd Verfahren zum Herstellen eines Leiterstabes
    WO2004034409A1 (en) * 2002-10-04 2004-04-22 Rensselaer Polytechnic Institute Nanometric composites as improved dielectric structures
    EP1519389A1 (de) * 2003-09-18 2005-03-30 Rohm And Haas Company Elektrisch isolerende Pulverbeschichtungen und Zusammensetzungen und Verfahren zu deren Herstellung
    ATE497626T1 (de) * 2004-07-13 2011-02-15 Areva T & D Sas Verfahren zur herstellung eines isolators für hochspannungsanwendungen
    US7579397B2 (en) 2005-01-27 2009-08-25 Rensselaer Polytechnic Institute Nanostructured dielectric composite materials
    US7964236B2 (en) * 2005-10-18 2011-06-21 Elantas Pdg, Inc. Use of nanomaterials in secondary electrical insulation coatings
    JP5109449B2 (ja) * 2007-04-04 2012-12-26 株式会社明電舎 絶縁処理方法，電圧機器
    JP2009099332A (ja) * 2007-10-16 2009-05-07 Meidensha Corp 絶縁処理された電圧機器
    US20110284801A1 (en) * 2008-12-18 2011-11-24 Merck Patent Gesellschaft Mit Beschrankter Haftung Process of forming insulating layer by particles having low energy
    US8796372B2 (en) 2011-04-29 2014-08-05 Rensselaer Polytechnic Institute Self-healing electrical insulation
    CN102974517B (zh) * 2012-11-29 2014-04-16 陕西电力科学研究院 一种超高压输电线路防噪音涂层的制备方法
    US10060851B2 (en) 2013-03-05 2018-08-28 Plexense, Inc. Surface plasmon detection apparatuses and methods
    KR101592241B1 (ko) 2013-04-15 2016-02-05 (주)플렉센스 나노 입자 어레이의 제조 방법, 표면 플라즈몬 공명 기반의 센서, 및 이를 이용한 분석 방법
    WO2016124523A1 (de) * 2015-02-02 2016-08-11 Volkswagen Ag Verfahren zum aufbringen einer isolierenden schicht und elektronisches bauteil
    TWI587346B (zh) * 2015-07-22 2017-06-11 松川精密股份有限公司 具陶瓷複合材料之繼電器開關元件

    Family Cites Families (13)

    * Cited by examiner, † Cited by third party
    Publication number Priority date Publication date Assignee Title
    US4040993A (en) * 1976-02-25 1977-08-09 Westinghouse Electric Corporation Low dissipation factor electrostatic epoxy wire coating powder
    US4760296A (en) * 1979-07-30 1988-07-26 General Electric Company Corona-resistant insulation, electrical conductors covered therewith and dynamoelectric machines and transformers incorporating components of such insulated conductors
    US4425374A (en) * 1982-04-26 1984-01-10 Reynolds Metals Company Method of making electrical cable
    JPH0660294B2 (ja) * 1986-06-05 1994-08-10 ソマ−ル株式会社 エポキシ樹脂系粉体塗料組成物
    JPH0710958B2 (ja) * 1988-10-07 1995-02-08 ソマール株式会社 スロット絶縁に好適なエポキシ樹脂粉体塗料
    HU201626B (en) * 1989-09-05 1990-11-28 Magyar Kabel Muevek Device for making surface layer on work pieces moving longitudinally particularly by use of dusty integumentary material in cable industry
    DE3933745A1 (de) * 1989-10-10 1991-04-11 Hestermann Gerhard Beschichtungseinrichtung
    DE4037972A1 (de) * 1989-12-20 1991-06-27 Asea Brown Boveri Bauteil hoher elektrischer feldbelastbarkeit und langzeitstabilitaet fuer verwendung als isolierkoerper
    JPH0819755A (ja) * 1994-07-08 1996-01-23 Sony Corp 粉体塗装方法
    DE19701307C2 (de) * 1997-01-16 2001-10-04 Gottlob Thumm Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Beschichten elektrischer Wickelkörper mittels schmelzfähigen Pulvers
    DE19706851A1 (de) * 1997-02-21 1998-09-03 Bosch Gmbh Robert Läufer und Verfahren zur Herstellung eines Läufers
    DE19817287A1 (de) * 1998-04-18 1999-10-21 Abb Research Ltd Wicklungsstab für die Hochspannungswicklung einer elektrischen Maschine sowie Verfahren zur Herstellung eines solchen Wicklungsstabes
    DE19860412A1 (de) * 1998-12-28 2000-06-29 Abb Research Ltd Innenglimmschutz für Statorleiter in Motoren und Generatoren

    Also Published As

    Publication number Publication date
    EP1250195A2 (de) 2002-10-23
    JP2003520664A (ja) 2003-07-08
    AU1980301A (en) 2001-07-09
    KR20020075387A (ko) 2002-10-04
    WO2001048763A3 (de) 2001-12-20
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    CN1321749C (zh) 2007-06-20
    CN1437512A (zh) 2003-08-20
    RU2002120489A (ru) 2004-02-20
    US20030113539A1 (en) 2003-06-19
    DE50011136D1 (de) 2005-10-13
    ATE303871T1 (de) 2005-09-15
    WO2001048763A2 (de) 2001-07-05
    DE19963378A1 (de) 2001-07-12
    US6942900B2 (en) 2005-09-13

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