EP1829059A1 - Verfahren zum herstellen eines wickelleiters für elektrische geräte und nach diesem verfahren hergestellter wickelleiter - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines wickelleiters für elektrische geräte und nach diesem verfahren hergestellter wickelleiter

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EP1829059A1
EP1829059A1 EP05850434A EP05850434A EP1829059A1 EP 1829059 A1 EP1829059 A1 EP 1829059A1 EP 05850434 A EP05850434 A EP 05850434A EP 05850434 A EP05850434 A EP 05850434A EP 1829059 A1 EP1829059 A1 EP 1829059A1
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EP
European Patent Office
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insulation
thermoplastic
temperature
layer
layers
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP05850434A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Manfred Faust
Robert Greiner
Peter Küllig
Gerhard Maul
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
Publication of EP1829059A1 publication Critical patent/EP1829059A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H01B3/18—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances
    • H01B3/30—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties mainly consisting of organic substances plastics; resins; waxes
    • 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
    • H01F41/122—Insulating between turns or between winding layers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K3/00—Details of windings
    • H02K3/30—Windings characterised by the insulating material

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a winding conductor for electrical devices, in particular for electrical machines and transformers.
  • the invention also relates to a winding conductor produced by this process.
  • a winding conductor for magnetic coils in which the metallic core conductor with a paint insulation (basic insulation) on the basis of polyurethane PU, polyester imide PEI or THEIC polyester imide THEIC-PEI ver ⁇ see. On this paint insulation a baked enamel layer is placed on ⁇ , with which the winding conductors are fused in a winding block.
  • an enamel insulation conductor core is generally carried out by loading ⁇ layers of the bare metal wire with a dissolved in a solvent polymer, for example by spraying or in a dipping method, and then drying.
  • a suitable method for producing such a single-layer or multi-layer enameled wire is explained in more detail, for example, in DE 195 38 189 A1.
  • thermoplastic materials used are not suitable for continuous use temperatures above 15O 0 C.
  • a copper wire is usually used as a winding conductor, which is provided with a simple paint insulation.
  • This paint insulation is also referred to as functional insulation and has only a low dielectric strength.
  • winding conductors suitable for this purpose must have a significantly improved dielectric strength compared to conventional paint insulation.
  • Wickellei ⁇ ter are known in which at least three thermoplastic Iso ⁇ lations slaughteren are applied to a wire without paint insulation in the extrusion process.
  • plastics mixtures are used, which on the one hand to each other reaches a separability of the individual layers and on the other hand, the solderability ver ⁇ is improved, since the insulation layers in the solder bath easily detached from the wire.
  • An advantage of the separability is that, for a damage to the outermost insulating layer crack propagation takes place only up to the surface of the second insulation layer, and this as well as all further inward lie ⁇ constricting layers remain intact.
  • these known winding conductors are only suitable for use up to thermal class B (130 0 C).
  • an embodiment of an insulated wire in which a PU polyurethane coated wire with three further insulating layers of a fluoropolymer is extrusion-coated.
  • Such an insulated wire is, however, for use as a winding conductor only suitable, since the adhesion between the poly-urethane layer and the innermost thermoplastic insulating layer and layers between the thermoplastic insulation ⁇ is insufficient itself, so that it at exerting a tensile stress in peeling of the insulating layers can lead from the painted wire.
  • Winding conductors are known from EP 0 825 623 A2, in which a plurality of insulation layers are likewise applied by extrusion to a wire, which may be a bare metal wire or a wire provided with functional insulation. These known winding conductors are only suitable for use up to thermal class B.
  • thermoplastic insulation layer having one or more insulation layers from a high temperature thermoplastic and is suitable for higher thermal classes ge ⁇ . These high-temperature thermoplastics are applied to the bare metal wire in an extrusion process. In practice, however, it has been found that the adhesion of the thermoplastic insulation layer to the bare metal wire is unsatisfactory.
  • the invention is based on the object of providing a method for the production of a winding conductor for electrical devices, in particular for transformers, which is also suitable for use in a higher thermal class than the thermal class B.
  • the invention has the object of providing a Herge by this method ⁇ presented winding conductor indicated.
  • thermoplastic insulation layers ie, one or more thermoplastic insulation layers, each applied by an extrusion process to an insulated with a functional insulation enameled wire
  • each of these thermoplastic insulation layers consists exclusively of a high-temperature thermoplastic.
  • the enameled wire is surrounded by at least one insulating layer consisting of a high-temperature thermoplastic.
  • Resistant to high peraturthermoplasten the purposes of the present invention are all suitable for thermoplastic processing ⁇ art materials which have continuous service temperatures in excess of 150 °, with the exception of the group of melt-processable fluoropolymers.
  • Plastics such as polyethersulfone (PES), polyphenylsulfone (PPSU), polyetherimide (PEI), syndiotactic polystyrene (s-PS), polyphenylene sulfide (PPS), polyaryl ether ketones (PAEK), polyether ether ketone (PEEK ), thermoplastic polyimide (t-PI), liquid crystalline polymers (LCP) as well as some special polyarylates (PAR) and partially aromatic polyamides (PPA).
  • PES polyethersulfone
  • PPSU polyphenylsulfone
  • PEI polyetherimide
  • s-PS syndiotactic polystyrene
  • PPS polyphenylene sulfide
  • PAEK polyaryl ether ketones
  • PEEK polyether ether ketone
  • thermoplastic polyimide t-PI
  • LCP liquid crystalline polymers
  • PAR partially aromatic polyamides
  • thermoplastics consisting be understood in the context of the present invention is such that, if added for processing reasons copolymers which by itself no Hochtem ⁇ peraturthermoplaste would, if necessary in a peripheral ⁇ EXISTING the are that the resulting polymer mixture still the group attributable to high-temperature thermoplastics. Representation beyond the high-temperature thermoplastics, customary processing aids or additives for modification or improvement of material properties, for example plasticizers, fillers or dyes may be added ⁇ mixes.
  • the enameled wire can be a commercially available enameled wire, ie one with a single-layer or multi-layered enameled wire. onsisoltechnik for the corresponding thermal class verse ⁇ henen metal wire act.
  • the invention is based on the finding that the thermoplastic insulation layer or the thermoplastic insulation layers adhere significantly better on a paint wire than on a bare metal wire.
  • thermal class F of the magnet wire is in particular a copper wire whose coating layer has a degree of 1 entspre ⁇ sponding thickness with a single coat of modified polyurethane, the thickness of theforensicsisolati- ons slaughter a function of the conductor diameter in the standard DIN EN 60 317- 0- 1 and DIN EN 60 317-20.
  • thermal class H is as enameled wire, preferably a copper wire grade 1 having a two layer coating of modified polyester-amide-imide THEIC and Overcoat vorgese ⁇ hen, specified according to DIN EN 60 317-0-1 and DIN EN 60317-13.
  • Winding conductors in which an enameled wire is provided with only one thermoplastic insulation layer, are referred to as wound conductors with basic insulation.
  • wound conductors with basic insulation In the case of two thermoplastic insulation layers, one speaks of winding conductors with additional insulation, in the case of three or more thermoplastic insulation layers of wound conductors with reinforced insulation.
  • one or more insulation layers, each consisting of high-temperature thermoplastics, to an enameled wire can be extremely thin, non-porous and stress-resistant winding conductor with basic, ⁇ additional and reinforced insulation produce that the claims for use in the thermal classes F and H suffice.
  • the total insulation layer thickness (functional insulation + three thermoplastic insulation layers) layers) are still well below 100 microns and the dielectric strength is greater than 18 kV.
  • the extrusion coating is carried out preferably in the so-called tubular stretching method, wherein the high temperature thermoplastic emerges in tubular form from a surrounding annular die and the wire only at a distance from the annular die, the upper surface of the wire touches ⁇ .
  • the high temperature thermoplastic emerges in tubular form from a surrounding annular die and the wire only at a distance from the annular die, the upper surface of the wire touches ⁇ .
  • which is characterized by moving through the annular nozzle toward ⁇ wire takes the high-temperature thermoplastics and claimed it due to this relative motion to train, wherein the thickness of the applied insulation layer is controlled by the speed of the wire. Since the total insulation is applied regardless of the number of insulation layers in a single operation, a cost-effective production of the winding conductor is possible due to the high production speeds possible in the extrusion coating and the low material usage due to the thin insulating layers.
  • the winding conductors according to the invention make it possible to produce grid connection transformers, control transformers and isolating transformers for the thermal classes F and H in smaller and more compact sizes.
  • two or more insulation layers are applied from a high-temperature thermoplastic, they can be applied to the wire in a single operation in a tandem or / and coextrusion process, which is particularly cost-effective.
  • each individual thermoplastic insulation layer depends on the wire diameter, between 10-40 ⁇ m. Preferably, thicknesses ⁇ 25 microns, in particular between 15-25 ⁇ m. Winding conductors with such layer thicknesses allow, with sufficient dielectric strength, particularly space- saving windings.
  • thermoplastic insulation layer On the functional insulation of the enameled wire be as well, in case a plurality of thermoplastic insulating layers, good adhesion of the thermoplastic insulating layers together ensured.
  • the good adhesion is a prerequisite for the fact that it does not come in the later winding production to detachment or to a wrinkling and cavitation between individual insulation layers.
  • glowing and partial discharge processes can quickly occur in such cavities, destroying the insulation layers and leading to early failures.
  • a good adhesion of the functional insulation and the first thermoplastic insulation layer can be achieved if the wire is preheated accordingly in the extrusion coating.
  • this preheating temperature is 150 0 C - 250 0 C, be ⁇ vorzugt at 180 0 C - 220 0 C.
  • thermoplastics and the extrusion process can be constructed with sufficient adhesion adhesion between the layers, a completely separable insulation layer system, or optionally an insulation layer system in which only a defined partial separation of individual insulation layers is possible.
  • a paint a first wire and a second thermoplastic insulation ⁇ layer from the same high temperature thermoplastics applied by co-extrusion so these two are Iso ⁇ lations slaughteren later in the cooled state is no longer detachable from each other.
  • two different, mutually compatible thermoplastics are applied in Koextrusions ⁇ method.
  • the coating is carried out with the same insulating materials in a tandem process, wherein the first thermoplastic insulation layer undergoes a certain cooling - about 50-100 0 C below the processing temperature - and solidifies before the second thermoplastic insulation layer is applied, then these two layers in the later , cooled state separated from each other, but the above-mentioned necessary adhesion adhesion is maintained.
  • thermoplastics As with all thermoplastics, high-temperature thermoplastics also have to distinguish between amorphous and semi-crystalline thermoplastics.
  • amorphous high-temperature thermoplastics are PES, PPSU, PEI and PAR. These have a glass transition temperature Tg (softening temperature) of about 22O 0 C.
  • Tg glass transition temperature
  • PPS, s-PS, PAEK, PEEK, LCP and PPA are partially crystalline, with a melting point> 270 0 C. This distinction is of Be ⁇ importance for use in the Thermal class F or H, as standard EN 60317-20 prescribes a thermal shock test at elevated temperature.
  • this is the La ⁇ delay a, around a mandrel, the diameter of which depends on the wire diameter, wound sample which is (also depending on the wire diameter) at a defined winding tension, at least 175 0 C for 30 minutes with subsequent ⁇ the Testing the dielectric strength.
  • the softening temperature of the amorphous high-temperature thermoplastics is on par with the prescribed minimum storage temperature of 220 0 C.
  • thermoplastic insulating layer preferably made of a semi-crystalline high ⁇ temperature thermoplastic with a melting point> 270 0 C.
  • the thermoplastic insulating layer preferably made of a semi-crystalline high ⁇ temperature thermoplastic with a melting point> 270 0 C. in a multi-layer structure of the thermoplastic insulation can also amorphous high-temperature thermoplastics are used for internal insulation layers, as long as the La ⁇ delay temperature does not exceed the required minimum temperature of 220 0 C.
  • Significantly higher Lagerungstemperatu ⁇ called ren, only the semi-crystalline high-temperature thermostat should also in a multi-layer structure preferably plastering apply.
  • thermoplastic insulating layers are PPS, PAEK, PEEK, LCP, s-PS, t-PI and PPA.
  • the outer insulating layer is preferably made of one of the mentioned semi-crystalline high-temperature layers. thermo-thermoplastic. Such a winding conductor is then suitable for casting with all impregnating resins.
  • the object according to the invention is achieved by a winding conductor having the features of patent claim 13, the advantages of which as well as the pre ⁇ parts of the winding conductor according to the claim 13 subordinate claims mutatis mutandis result from the respective zugeord ⁇ Neten method claims.
  • Fig. 1-7 each an extruder arrangement according to the invention for the preparation as well as a respectively with this Extruderanord ⁇ winding conductor voltage produced in each schematic representations principle.
  • a pre-insulated enameled wire 2 is passed through an extruder 4 at a predetermined speed v and coated in a tubular stretching process with a thermoplastic insulation layer 60 made of a high-temperature plastic.
  • the enameled wire 2 is preheated to a predetermined temperature prior to the extrusion coating. This preheating he ⁇ preferably follows immediately before the extrusion coating within the extruder.
  • a so- ⁇ -called base-isolated winding conductor 6a occurs with only a thermoplastic insulating layer 60 from the extruder. 4
  • the enameled wire 2 consists of a bare metal wire 20, which is coated with a single or multi-layer functional insulation 22 made of a lacquer. On this enameled wire 2, a single ther ⁇ moplastic insulating layer 60 is applied.
  • Fig. 2 illustrates an extrusion process in which the enameled wire 2 with the aid of two in tandem arrangement operated extruder 4 with two thermoplastic insulation layers is provided.
  • End product is a winding conductor 6b with additional insulation.
  • a second insulating layer 62 is applied on a first insulating layer 60.
  • the enameled wire 2 is coated in a coextrusion process with two insulation layers 60, 62.
  • the first insulation layer 60 and the second insulation layer 62 can not be more separated from each other.
  • the extrusion process of the enameled wire 2 by means of three is in tandem Betrie ⁇ surrounded extruders 4 with three insulating layers 60,62,64 provided.
  • a winding conductor 6d with reinforced insulation which has a first, second and third ther ⁇ moplastic insulating layers 60, 62 and 64, respectively.
  • FIG. 5 shows an arrangement of three extruders 4 operated by the coextrusion process, with which the enamelled wire 2 is likewise provided with three insulation layers 60, 62, 64.
  • Darge ⁇ represents, in which the enameled wire 2 is also provided with three Isolati ⁇ ons slaughteren 60,62,64, wherein the two inner insulation layers 60,62 applied in the coextrusion process and the outer insulation layer 64 with the help a downstream extruder 4 is applied.
  • the first and second insulating layers can be 60 or 62 are not separated from each other. While a separability between the second and third insulating layer 62 and 64 is achieved.
  • Diameter copper conductor 0.8 mm
  • Preheating temperature 200 ° C
  • Diameter winding wire with insulation layer 0, 889 mm
  • Diameter winding wire with insulation layer 0, 891 mm
  • Insulation layer and PPS (second insulation layer)
  • Tandem extrusion coating with PSU first insulation layer
  • PPSU second insulation layer
  • PEEK third insulation layer
  • Diameter winding wire with insulation layers 0, 981 mm
  • Diameter winding wire with insulation layers 0, 985 mm
  • Diameter winding wire with insulation layers 0, 979 mm
  • Tandem extrusion coating with PSU (first insulation layer), coextrusion process PPSU (second insulation layer) and PEEK (third insulation layer) Preheating temperature: 210 0 C
  • Diameter winding wire with insulation layers 0, 973 mm
  • Diameter winding wire with insulation layers 0, 981 mm
  • FIG. 1 2.1 winding wire with a single insulation layer
  • Diameter copper conductor 0, 8 mm
  • Diameter enamelled copper wire grade 1 (functionalis, polyester-THEIC and amidimide, double-layered, 845 mm):
  • Diameter winding wire with functional insulation 0, 895 mm
  • Diameter winding wire with insulation layers 0, 981 mm

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Processes Specially Adapted For Manufacturing Cables (AREA)
  • Insulated Conductors (AREA)
  • Insulation, Fastening Of Motor, Generator Windings (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Wickelleiters (6a) für elektrische Geräte, bei dem auf einem mit einer Funktionsisolierung (22) vorisolierten Lackdraht (2) eine oder eine Mehrzahl von thermoplastischen Isolationsschichten (60) durch ein Extrusionsverfahren aufgebracht wird, und bei dem jede dieser thermoplastischen Isolationsschichten (60) ausschließlich aus einem Hochtemperaturthermoplasten besteht. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf einen nach diesem Verfahren hergestellten Wickelleiter. Durch die Verwendung eines Hochtemperaturthermoplasten als Isolationsschicht ist es möglich, Wickelleiter für die thermischen Klassen H und F kostengünstig in einem Extrusionsverfahren herzustellen.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Herstellen eines Wickelleiters für elektrische Geräte und nach diesem Verfahren hergestellter Wickelleiter
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Wickelleiters für elektrische Geräte, insbesondere für elektrische Maschinen und Transformatoren. Die Erfindung bezieht sich außerdem auf einen nach diesem Verfahren herge- stellten Wickelleiter.
Aus der DE 36 17 818 Al ist ein Wickelleiter für Magnetspulen bekannt, bei dem der metallische Leiterkern mit einer Lackisolierung (Grundisolierung) auf der Basis von Polyurethan PU, Polyesterimid PEI oder THEIC-Polyesterimid THEIC-PEI ver¬ sehen. Auf diese Lackisolierung ist eine Backlackschicht auf¬ gebracht, mit der die Wickelleiter in einem Wicklungsblock verschmolzen werden.
Die Herstellung eines solchen mit einer Lackisolierung versehenen Leiterkerns (Lackdraht) erfolgt in der Regel durch Be¬ schichten des blanken Metalldrahtes mit einem in einem Lösungsmittel gelösten Polymer, beispielsweise durch Besprühen oder in einem Tauchverfahren, und anschließendem Trocknen. Ein geeignetes Verfahren zum Herstellen eines solchen ein- oder mehrschichtigen Lackdrahtes ist beispielsweise in der DE 195 38 189 Al näher erläutert. Alternativ hierzu ist es aus der DE 27 28 883 Al bekannt, einen Lackdraht in einem Extrusionsverfahren herzustellen, bei dem ein geschmolzener thermoplastischer Werkstoff mit einer Düse ringförmig auf den blanken Metalldraht aufgebracht wird und anschließend gemein¬ sam mit dem Metalldraht durch ein zylindrisches Rohr geführt wird, in dem er unter Druck auf den Metalldraht gepresst wird (Druckummantelung) . Die verwendeten thermoplastischen Werk- Stoffe sind jedoch für Dauergebrauchstemperaturen oberhalb von 15O0C nicht geeignet. Für die Wicklung eines konventionellen Transformators wird in der Regel als Wickelleiter ein Kupferdraht verwendet, der mit einer einfachen Lackisolierung versehen ist. Diese Lackisolierung wird auch als Funktionsisolierung bezeichnet und weist nur eine geringe Spannungsfestigkeit auf. Beim Aufbau eines Transformators, bei dem Primär- und Sekundärwicklung aufeinander gewickelt sind, ist es deshalb erforderlich, die¬ se durch zusätzliche Isolierfolien voneinander elektrisch zu isolieren. Außerdem ist es notwendig, seitliche Isolier- schichten anzubringen, um die durch Normen für den jeweiligen Transformatortyp geforderten Kriechstrecken herbeizuführen.
Aus fertigungstechnischen Gründen und zur Verringerung der Baugröße wurden in letzter Zeit verstärkt Anstrengungen un- ternommen, Transformatoren aufzubauen, die weder Isolierschichten noch Isolierfolien benötigen. Die hierzu geeigneten Wickelleiter müssen eine gegenüber der herkömmlichen Lackisolierung deutlich verbesserte Spannungsfestigkeit aufweisen.
Aus der DE 43 36 385 Al oder der US 5,606,152 sind Wickellei¬ ter bekannt, bei denen mindestens drei thermoplastische Iso¬ lationsschichten auf einen Draht ohne Lackisolierung im Extrusionsverfahren aufgebracht sind. Für die einzelnen Isolationsschichten werden Kunststoffmischungen verwendet, mit denen einerseits eine Trennbarkeit der einzelnen Schichten untereinander erreicht und andererseits die Lötbarkeit ver¬ bessert wird, da sich die Isolationsschichten im Lötbad leicht vom Draht lösen. Ein Vorteil der Trennbarkeit ist, dass bei einer Beschädigung der äußersten Isolationsschicht eine Rissausbreitung nur bis zur Oberfläche der zweiten Isolationsschicht erfolgt und diese sowie alle weiter innen lie¬ genden Schichten unbeschadet bleiben. Diese bekannten Wickelleiter sind jedoch nur für den Einsatz bis zur thermischen Klasse B (130 0C) geeignet.
In diesen Druckschriften wird auch eine Ausführungsform eines isolierten Drahtes erwähnt, bei dem ein mit Polyurethan PU lackierter Draht mit drei weiteren Isolationsschichten aus einem Fluorpolymer extrusionsbeschichtet ist. Ein solcher isolierter Draht ist jedoch zur Verwendung als Wickelleiter nur bedingt geeignet, da die Haftung zwischen der PoIy- urethanschicht und der innersten thermoplastischen Isolationsschicht sowie zwischen den thermoplastischen Isolations¬ schichten selbst unzureichend ist, so dass es bei Ausüben einer Zugspannung zu einem Ablösen der Isolationsschichten vom lackierten Draht führen kann.
Aus der EP 0 825 623 A2 sind Wickelleiter bekannt, bei denen eine Mehrzahl von Isolationsschichten ebenfalls durch Extru- sion auf einen Draht aufgebracht sind, bei dem es sich um einen blanken Metalldraht oder um einen mit einer Funktions- isolierung versehenen Draht handeln kann. Auch diese bekannten Wickelleiter sind nur für den Einsatz bis zur Thermischen Klasse B geeignet.
In der DE 197 48 529 Al ist ein Wickeldraht offenbart, der eine oder mehrere Isolierschichten aus einem Hochtemperaturthermoplasten aufweist und für höhere Thermische Klassen ge¬ eignet ist. Diese Hochtemperaturthermoplaste werden in einem Extrusionsverfahren auf den blanken Metalldraht aufgebracht. In der Praxis hat sich aber herausgestellt, dass die Haftung der thermoplastischen Isolationsschicht auf dem blanken Metalldraht unbefriedigend ist.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren für die Herstellung eines Wickelleiters für elektrische Gerä- te, insbesondere für Transformatoren anzugeben, der auch für den Einsatz in einer höheren Thermischen Klasse als die Thermische Klasse B geeignet ist. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, einen nach diesem Verfahren herge¬ stellten Wickelleiter anzugeben.
Bezüglich des Verfahrens wird die genannte Aufgabe gemäß der Erfindung gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Bei diesem Verfahren werden auf einen mit einer Funktionsisolierung vorisolierten Lackdraht eine Anzahl von thermoplastischen Isolationsschichten, d.h. eine oder mehrere thermoplastische Isolationsschichten, jeweils durch ein Extrusionsverfahren aufgebracht, wobei jede dieser thermoplastischen Isolationsschichten ausschließlich aus einem Hochtemperaturthermoplasten besteht. Mit anderen Worten: Der Lackdraht wird von mindestens einer aus einem Hochtemperaturthermoplasten bestehenden Isolationsschicht umgeben. Hochtem- peraturthermoplasten im Sinne der vorliegenden Erfindung sind alle für die thermoplastische Verarbeitung geeigneten Kunst¬ stoffe, die Dauergebrauchstemperaturen oberhalb von 150° aufweisen, mit Ausnahme der Gruppe der thermoplastisch verarbeitbaren Fluorpolymerisate. In diese Gruppe der Hochtempera- turthermoplaste fallen Kunststoffe wie Polyethersulfon (PES), Polyphenylsulfon (PPSU) , Polyetherimid (PEI) , syndiotakti- sches Polystyrol (s-PS) , Polyphenylensulfid (PPS), Polyaryl- etherketone (PAEK) , Polyetheretherketon (PEEK) , thermoplastisches Polyimid (t-PI) , flüssigkristalline Polymere (LCP) so- wie einige spezielle Polyarylate (PAR) und teilaromatische Polyamide (PPA) .
Ausschließlich aus einem Hochtemperaturthermoplasten bestehend ist im Sinne der vorliegenden Erfindung so zu verstehen, dass gegebenenfalls aus verarbeitungstechnischen Gründen beigefügte Copolymerisate, die für sich genommen keine Hochtem¬ peraturthermoplaste wären, allenfalls in einem Umfang vorhan¬ den sind, dass das entstehende Polymergemisch immer noch der Gruppe der Hochtemperaturthermoplaste zuzurechnen ist. Dar- über hinaus können dem Hochtemperaturthermoplasten auch noch übliche Hilfsstoffe für die Verarbeitung oder Zusatzstoffe zur Abwandlung oder Verbesserung der Materialeigenschaften, beispielsweise Weichmacher, Füllstoffe oder Farbstoffe beige¬ mengt sein.
Bei dem Lackdraht kann es sich um einen handelsüblichen Lackdraht, d.h. einen mit einer ein- oder mehrschichtigen Funkti- onsisolierung für die entsprechende Thermische Klasse verse¬ henen Metalldraht handeln. Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass die thermoplastische Isolationsschicht bzw. die thermoplastischen Isolationsschichten auf einem Lackdraht deutlich besser haften als auf einem blanken Metalldraht.
Für die Thermische Klasse F ist der Lackdraht insbesondere ein Kupferlackdraht, dessen Lackschicht eine Grad 1 entspre¬ chende Dicke mit einer Einschichtlackierung aus modifiziertem Polyurethan aufweist, wobei die Dicke der Funktionsisolati- onsschicht in Abhängigkeit vom Leiterdurchmesser in der Norm DIN EN 60 317- 0-1 und DIN EN 60 317-20 spezifiziert ist. Für die Thermische Klasse H ist als Lackdraht vorzugsweise ein Kupferlackdraht Grad 1 mit einer Zweischichtlackierung aus modifiziertem Polyester-THEIC und Amidimid-Overcoat vorgese¬ hen, spezifiziert nach DIN EN 60 317-0-1 und DIN EN 60 317-13.
Wickelleiter, bei denen ein Lackdraht mit nur einer thermo- plastischen Isolationsschicht versehen ist, werden als Wickelleiter mit Basisisolierung bezeichnet. Im Falle von zwei thermoplastischen Isolationsschichten spricht man von Wickelleitern mit zusätzlicher Isolierung, bei drei oder mehr thermoplastischen Isolationsschichten von Wickelleitern mit ver- stärkter Isolierung. Durch das Aufbringen einer oder mehrerer Isolationsschichten, jeweils bestehend aus Hochtemperaturthermoplasten, auf einen Lackdraht lassen sich extrem dünne, porenfreie und spannungsfeste Wickelleiter mit Basis-, zu¬ sätzlicher und verstärkter Isolierung herstellen, die den An- Sprüchen für den Einsatz in den Thermischen Klassen F und H genügen. So zeigen die Wickelleiter mit Basisisolierung bei einer Dicke der Gesamtisolierung (Funktions- oder Lackisolierung + eine thermoplastische Isolationsschicht) von ca. 45 μm schon eine Spannungsfestigkeit > 10 kV. Bei Wickelleitern mit verstärkter Isolierung liegt die Gesamtisolierschichtdicke (Funktionsisolierung + drei thermoplastische Isolations- schichten) immer noch deutlich unter 100 μm und die Spannungsfestigkeit ist größer als 18 kV.
Die Extrusionsbeschichtung erfolgt vorzugsweise im sogenann- ten Schlauchreckverfahren, bei dem der Hochtemperaturthermoplast schlauchförmig aus einer den Draht umgebenden Ringdüse austritt und erst in einem Abstand von der Ringdüse die Ober¬ fläche des Drahtes berührt. Der sich durch die Ringdüse hin¬ durchbewegende Draht nimmt den Hochtemperaturthermoplasten auf und beansprucht ihn aufgrund dieser Relativbewegung auf Zug, wobei die Dicke der aufgebrachten Isolationsschicht durch die Geschwindigkeit des Drahtes gesteuert wird. Da die Gesamtisolierung unabhängig von der Anzahl der Isolationsschichten in einem Arbeitsgang aufgebracht wird, ist aufgrund der bei der Extrusionsbeschichtung möglichen hohen Fertigungsgeschwindigkeiten und des geringen Materialeinsatzes aufgrund der dünnen Isolationsschichten eine kostengünstige Herstellung des Wickelleiters möglich.
Mit den erfindungsgemäßen Wickelleitern lassen sich Netzanschlusstransformatoren, Steuertransformatoren und Trenntransformatoren für die Thermische Klassen F und H in kleineren und kompakteren Baugrößen herstellen. Durch den Wegfall der weiter oben beschriebenen konventionellen Isolierfolien und seitlichen Isolierschichten mit der zugleich damit verbundenen einfacheren Fertigung, lassen sich außerdem solche Transformatoren kostengünstiger herstellen.
Werden zwei oder mehr Isolationsschichten aus einem Hochtem- peraturthermoplasten aufgebracht, so können diese in einem einzigen Arbeitsgang im Tandem- oder/und Koextrusionsverfah- ren den Draht aufgebracht werden, was besonders kostengünstig ist .
Die Dicke jeder einzelnen thermoplastischen Isolationsschicht liegt abhängig vom Drahtdurchmesser, zwischen 10-40 μm. Bevorzugt sind Dicken < 25 μm, insbesondere zwischen 15 - 25 μm. Wickelleiter mit solchen Schichtdicken ermöglichen bei hinreichender Spannungsfestigkeit besonders platz¬ sparende Wicklungen.
Unabhängig davon wie viele thermoplastische Isolationsschichten aufgebracht werden, muss eine gute Haftung der thermo¬ plastischen Isolationsschicht auf der Funktionsisolierung des Lackdrahtes wie auch, im Falle mehrerer thermoplastischer Isolationsschichten, eine gute Haftung der thermoplastischen Isolationsschichten untereinander sichergestellt sein. Die gute Haftung ist Voraussetzung dafür, dass es bei der späteren Wicklungsherstellung nicht zu Ablösungen bzw. zu einer Falten- und Hohlraumbildung zwischen einzelnen Isolationsschichten kommt. Wenn ein Transformator oder eine elektrische Maschine unter Betriebsspannung arbeitet, so können in solchen Hohlräumen schnell Glimm- und Teilentladungsvorgänge auftreten, die die Isolationsschichten zerstören und zu Frühausfällen führen. Eine gute Haftung der Funktionsisolierung und der ersten thermoplastischen Isolationsschicht lässt sich erzielen, wenn der Draht bei der Extrusionsbeschichtung entsprechend vorgewärmt wird. Im Falle des Lackdrahtes mit der modifizierten Polyurethanlackierung für die Thermische Klasse F liegt diese Vorwärmtemperatur bei 150 0C - 250 0C, be¬ vorzugt bei 180 0C - 220 0C. Im Falle des Lackdrahtes für die Thermische Klasse H ist diese > 200 0C, bevorzugt zwischen 3000C und 33O0C. Wird der Lackdraht nicht oder nur unzurei¬ chend vorgewärmt, kommt es bei der Wickelprüfung nach EN 60851 - 3 und EN 60317 - 0 - 1 ( Dehnbarkeit und Haftung ) zu Ablösungen und zur Faltenbildung.
Durch eine Auswahl der Hochtemperaturthermoplaste und des Extrusionsverfahrens, (Ko- oder/und Tandemextrusion) kann bei ausreichender Adhäsionshaftung zwischen den Schichten auch ein vollkommen trennbares Isolationsschichtsystem aufgebaut werden, oder wahlweise ein Isolationsschichtsystem bei dem nur eine definierte Teiltrennung von einzelnen Isolationsschichten möglich ist. Wird beispielsweise auf einen Lack- draht eine erste und eine zweite thermoplastische Isolations¬ schicht aus dem gleichen Hochtemperaturthermoplasten im Koextrusionsverfahren aufgebracht, so sind diese beiden Iso¬ lationsschichten später im abgekühlten Zustand nicht mehr voneinander trennbar. Gleiches gilt auch, wenn zwei verschiedene, miteinander verträgliche Thermoplaste im Koextrusions¬ verfahren aufgebracht werden. Erfolgt die Beschichtung mit den gleichen Isoliermaterialien im Tandemverfahren, wobei die erste thermoplastische Isolationsschicht eine gewisse Abküh- lung - etwa 50-1000C unter die Verarbeitungstemperatur - erfährt und sich verfestigt bevor die zweite thermoplastische Isolationsschicht aufgebracht wird, so sind diese beiden Schichten im späteren, abgekühlten Zustand voneinander trennbar, wobei aber die oben erwähnte notwendige Adhäsionshaftung erhalten bleibt.
Wie bei allen Thermoplasten muss auch bei den Hochtemperaturthermoplasten zwischen amorphen und teilkristallinen Thermoplasten unterschieden werden. Beispiel für amorphe Hochtempe- raturthermoplaste sind PES, PPSU, PEI und PAR. Diese haben eine Glastemperatur Tg (Erweichungstemperatur) von ca. 22O0C. PPS, s-PS, PAEK, PEEK, LCP und PPA sind teilkristallin mit einem Schmelzpunkt > 270 0C. Diese Unterscheidung ist von Be¬ deutung für den Einsatz in der Thermischen Klasse F oder H, da die Norm EN 60317 - 20 eine Wärmeschockprüfung bei erhöhter Temperatur vorschreibt. Für die Klasse F ist dies die La¬ gerung einer, um einen Dorn, dessen Durchmesser vom Drahtdurchmesser abhängt, gewickelten Probe, die unter einem definierten Wickelzug (ebenfalls abhängig vom Drahtdurchmesser) steht, bei mindestens 175 0C für 30 Minuten mit anschließen¬ der Prüfung der Spannungsfestigkeit. Bei sonst gleichen Be¬ dingungen wird für die Klasse H eine Lagerungstemperatur von mindestens 220 0C vorgeschrieben. Für den Einsatz in der Thermischen Klasse F können daher alle Hochtemperaturthermo- plaste sowohl ein- wie auch mehrschichtig in beliebiger Rei¬ henfolge als Isolationsschicht aufgebracht werden, da die Glastemperatur Tg der amorphen Hochtemperaturthermoplaste deutlich oberhalb der geforderten Wärmeschocktemperatur von 175 0C liegt. Für den Einsatz in der Thermischen Klasse H liegt die Erweichungstemperatur der amorphen Hochtemperaturthermoplaste gleichauf mit der vorgeschriebenen Mindest- Lagerungstemperatur von 220 0C. Um zu verhindern, dass bei einem Lackdraht mit nur einer thermoplastischen Isolationsschicht der unter Wickelzug stehende Lackdraht sich durch die erweichende thermoplastische Isolationsschicht drückt und die nachfolgende Spannungsfestigkeitsprüfung möglicherweise nicht bestanden wird, besteht in diesem Falle die thermoplastische Isolationsschicht bevorzugt aus einem teilkristallinen Hoch¬ temperaturthermoplasten mit einem Schmelzpunkt > 270 0C. Bei einem mehrschichtigen Aufbau der thermoplastischen Isolierung können für innenliegende Isolationsschichten auch amorphe Hochtemperaturthermoplaste eingesetzt werden, solange die La¬ gerungstemperatur nicht die geforderte Mindesttemperatur von 220 0C übersteigt. Werden deutlich höhere Lagerungstemperatu¬ ren gefordert, so sollten auch bei einem mehrschichtigen Aufbau bevorzugt nur die teilkristallinen Hochtemperaturthermo- plaste zur Anwendung kommen.
Für viele Anwendungen werden Transformatoren oder Wicklungen von elektrischen Maschinen mit einem Tränkharz imprägniert. Wegen eines ausgezeichneten Preis/Leistungsverhältnisses kom- men hierfür häufig ungesättigte Polyesterharze (UP-Harze) oder Polyesterimidharze (UPI) zum Einsatz. Diese Imprägnier¬ harze enthalten reaktive Verdünner als eine Komponente, z. B. monomeres Styrol oder Vinyltoluol. Diese sind als äußerst spannungsrissauslösende Medien bekannt. Trotz der generell hohen Chemikalienbeständigkeit aller Hochtemperaturthermo¬ plaste zeigen nur die teilkristallinen Hochtemperaturthermo¬ plaste eine ausreichende chemische Beständigkeit gegenüber diesen reaktiven Verdünnern. Insbesondere sind dies PPS, PAEK, PEEK, LCP, s-PS, t-PI und PPA. Unabhängig von der An- zahl der aufgebrachten thermoplastischen Isolationsschichten ist es daher von Vorteil, wenn die äußere Isolationsschicht bevorzugt aus einem der genannten teilkristallinen Hochtempe- raturthermoplasten besteht. Ein solcher Wickelleiter ist dann zum Verguss mit allen Tränkharzen geeignet.
Bezüglich des Wickelleiters wird die Aufgabe gemäß der Erfin- düng gelöst mit einem Wickelleiter mit den Merkmalen des Patentanspruches 13, dessen Vorteile sich ebenso wie die Vor¬ teile der Wickelleiter gemäß den Patentanspruch 13 untergeordneten Patentansprüchen sinngemäß aus den jeweils zugeord¬ neten Verfahrensansprüchen ergeben.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung sowie die nachfolgenden Ausführungsbeispiele verwiesen. Es zeigen:
Fig. 1-7 jeweils eine Extruderanordnung zur Herstellung erfindungsgemäßer sowie einen jeweils mit dieser Extruderanord¬ nung hergestellten Wickelleiter jeweils in schematischen Prinzipdarstellungen.
Gemäß Fig. 1 wird ein vorisolierter Lackdraht 2 mit einer vorgegebenen Geschwindigkeit v durch einen Extruder 4 geführt und im Schlauchreckverfahren mit einer thermoplastischen Isolationsschicht 60 aus einem Hochtemperaturplasten beschichtet. Der Lackdraht 2 wird vor der Extrusionsbeschichtung auf eine vorgegebene Temperatur vorgewärmt. Diese Vorwärmung er¬ folgt vorzugsweise unmittelbar vor der Extrusionsbeschichtung innerhalb des Extruders . Aus dem Extruder 4 tritt ein soge¬ nannter basisisolierter Wickelleiter 6a mit nur einer thermoplastischen Isolationsschicht 60 aus. Der Lackdraht 2 besteht aus einem blanken Metalldraht 20, der mit einer ein- oder mehrschichtigen Funktionsisolierung 22 aus einem Lack beschichtet ist. Auf diesem Lackdraht 2 ist eine einzige ther¬ moplastische Isolationsschicht 60 aufgebracht.
Fig. 2 veranschaulicht ein Extrusionsverfahren, bei dem der Lackdraht 2 mit Hilfe zweier in Tandemanordnung betriebener Extruder 4 mit zwei thermoplastischen Isolationsschichten versehen wird. Endprodukt ist ein Wickelleiter 6b mit zusätzlicher Isolierung. Auf einer ersten Isolationsschicht 60 ist eine zweite Isolationsschicht 62 aufgebracht. Durch die Ver¬ wendung eines Tandemverfahrens kann über das Ausmaß der Ab- kühlung der ersten (inneren) Isolationsschicht 60 eine Trennbarkeit zwischen der ersten Isolationsschicht 60 und der zweiten (äußeren) Isolationsschicht 62 eingestellt werden. Die Abkühlung sollte jedoch nur bis zu einer Temperatur erfolgen, die etwa 50-1000C unter der Verarbeitungstemperatur liegt. Die Trennbarkeit wird auch erleichtert, wenn zwei un¬ tereinander nicht verträgliche Thermoplaste eingesetzt wer¬ den.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 wird der Lackdraht 2 in einem Koextrusionsverfahren mit zwei Isolationsschichten 60,62 beschichtet. Bei dem auf diese Weise erzeugten Wi¬ ckelleiter 6c können die erste Isolationsschicht 60 und die zweite Isolationsschicht 62 nicht mehr voneinander getrennt werden.
Bei dem in Fig. 4 veranschaulichten Extrusionsverfahren wird der Lackdraht 2 mit Hilfe von drei im Tandemverfahren betrie¬ benen Extrudern 4 mit drei Isolationsschichten 60,62,64 versehen. Auf diese Weise entsteht ein Wickelleiter 6d mit ver- stärkter Isolierung, der eine erste, zweite und dritte ther¬ moplastische Isolationsschichten 60, 62 bzw. 64 aufweist. Durch das Tandemverfahren können die erste (innere) Isolati¬ onsschicht 60, die zweite (mittlere) Isolationsschicht 62 und die dritte (äußere) Isolationsschicht 64 voneinander getrennt werden.
Fig. 5 zeigt eine Anordnung von drei im Koextrusionsverfahren betriebenen Extrudern 4, mit denen der Lackdraht 2 ebenfalls mit drei Isolationsschichten 60,62,64 versehen wird. Die Iso- lationsschichten 60, 62 und 64 der auf diese Weise herge¬ stellten Wickelleiters 6e können nicht voneinander getrennt werden. Eine Variante ist im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 darge¬ stellt, bei dem der Lackdraht 2 ebenfalls mit drei Isolati¬ onsschichten 60,62,64 versehen wird, wobei die beiden inneren Isolationsschichten 60,62 im Koextrusionsverfahren aufgebracht und die äußere Isolationsschicht 64 mit Hilfe eines nachgeordneten Extruders 4 aufgebracht wird. Bei dem auf die¬ se Weise hergestellten dreifach isolierten Wickelleiter 6f können die erste und zweite Isolationsschicht 60 bzw. 62 nicht voneinander getrennt werden. Während eine Trennbarkeit zwischen der zweiten und dritten Isolationsschicht 62 bzw. 64 erzielt wird.
In der in Fig. 7 dargestellten Variante wird auf den Lack- draht 2 zunächst mit einem Extruder 4 eine erste Isolations¬ schicht 60 aufgebracht und der auf diese Weise beschichtete Draht einer Extruderanordnung mit zwei im Koextrusionsverfahren betriebenen Extrudern 4 zugeführt. Bei den auf diese Weise entstehenden dreifach isolierten Wickelleiter 6g liegt eine Trennbarkeit der ersten und zweiten Isolationsschichten 60 bzw. 62 vor, während die zweite und die dritte Isolations¬ schicht 60 bzw. 64 nicht voneinander getrennt werden können.
In allen dargestellten Fertigungsverfahren ist eine Vorwär- mung des Lackdrahtes 2 vor der ersten Extrusionsbeschichtung vorgesehen. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele für Wi¬ ckelleiter, die mit den anhand von Figuren 1 bis 7 jeweils erläuterten Methoden hergestellt sind, im Einzelnen dargestellt. 1. Ausführungsbeispiele für die Thermische Klasse F
1.1 Wickeldraht mit einer Isolationsschicht (Fig. 1)
Beispiel 1
Durchmesser Kupferleiter: 0,8 mm
Durchmesser Kupferlackdraht Grad 1 (Funktionsiso- 0 , 845 mm lierung mit einer einzigen Schicht aus modifizier- tem Polyurethan PU) :
Extrusionsbeschichtung mit PEEK
Vorwärmtemperatur: 200 0C
Schichtdicke PEEK: 0 , 022 mm
Durchmesser Wickeldraht mit Isolationsschicht : 0 ,889 mm
Spannungsfestigkeit : > 10 kV
Haftung der thermoplastischen Isolationsschicht auf modifi¬ ziertem PU: Kein Aufreißen, keine Faltenbildung bei Wicklung um Dorn mit 0 = 0,9 mm. Trennung von Funktionsisolierung möglich. Für nachträglichen Verguss mit UP-Harzen geeignet, andere Tränkharze auch anwendbar.
Beispiel 2
Kupferlackdraht gemäß Beispiel 1 Extrusionsbeschichtung mit PEI
Vorwärmtemperatur: 195 0C
Schichtdicke PEI: 0 , 023 mm
Durchmesser Wickeldraht mit Isolationsschicht: 0 ,891 mm
Spannungsfestigkeit : > 11 kV
Haftung der thermoplastischen Isolationsschicht auf modifi¬ ziertem PU: kein Aufreißen, keine Faltenbildung bei Wicklung um Dorn mit 0 = 0,9 mm. Trennung von Funktionsisolierung möglich. Für nachträglichen Verguss mit UP-Harzen nicht ge¬ eignet, andere Tränkharze anwendbar. 1.2 Wickeldraht mit zwei Isolationsschichten (Fig. 2,3;
Beispiel 3 (Fig. 2]
Kupferlackdraht gemäß Beispiel 1
Extrusionsbeschichtung im Tandemverfahren mit PES (erste
Isolationsschicht) und PPS (zweite Isolationsschicht)
Haftung der Isolationsschichten: Kein Aufreißen, keine Faltenbildung bei Wicklung um Dorn mit 0 = 0,9 mm. Trennung der thermoplastischen Isolationsschichten möglich, Trennung von Funktionsisolierung möglich. Für nachträglichen Verguss mit UP-Harzen geeignet, andere Tränkharze auch anwendbar.
Beispiel 4 (Fig. 3)
Gleicher Kupferlackdraht wie Beispiel 1 Extrusionsbeschichtung im Koextrusionsverfahren mit PES (erste Isolationsschicht) und PPS (zweite Isolationsschicht)
Haftung der Isolationsschichten: kein Aufreißen, keine Faltenbildung bei Wicklung um Dorn mit 0 = 0,9 mm. Trennung der thermoplastischen Isolationsschichten nicht möglich, Trennung von Funktionsisolierung möglich. Für nachträglichen Verguss mit UP-Harzen geeignet, andere Tränkharze auch anwendbar.
Beispiel 5 (Fig. 2)
Gleicher Kupferlackdraht wie Beispiel 1 Extrusionsbeschichtung im Tandemverfahren mit PEI (erste Isolationsschicht) und PEI (zweite Isolationsschicht)
Haftung der Isolationsschichten: kein Aufreißen, keine FaI- tenbildung bei Wicklung um Dorn mit 0 = 0,9 mm. Trennung der thermoplastischen Isolationsschichten möglich, Trennung von Funktionsisolierung möglich. Für nachträglichen Verguss mit UP-Harzen nicht geeignet, andere Tränkharze anwendbar.
Beispiel 6 (Fig. 3)
Gleicher Kupferlackdraht wie Beispiel 1
Extrusionsbeschichtung im Koextrusionsverfahren mit PEI (erste Isolationsschicht) und PEI (zweite Isolationsschicht)
Haftung der Isolationsschichten: kein Aufreißen, keine Faltenbildung bei Wicklung um Dorn mit 0 = 0,9 mm. Trennung der thermoplastischen Isolationsschichten nicht möglich, Trennung von Funktionsisolierung möglich. Für nachträglichen Verguss mit UP-Harzen nicht geeignet, andere Tränkharze anwendbar.
1.3 Wickeldraht mit drei Isolationsschichten (Fig. 4,5,6,7)
Beispiel 7 (Fig. 4)
Gleicher Kupferlackdraht wie Beispiel 1
Extrusionsbeschichtung im Tandemverfahren mit PSU (erste Isolationsschicht), PPSU (zweite Isolationsschicht) und PEEK (dritte Isolationsschicht)
Vorwärmtemperatur: 210 0C
Schichtdicke PSU innen: 0,022 mm
Schichtdicke PPSU Mitte: 0, 024 mm
Schichtdicke PEEK außen: 0,022 mm
Gesamtschichtdicke der thermoplastischen Isolie¬ 0, 068 mm rung:
Durchmesser Wickeldraht mit Isolationsschichten: 0, 981 mm
Spannungsfestigkeit : > 18 kV
Haftung der Isolationsschichten: Kein Aufreißen, keine FaI- tenbildung bei Wicklung um Dorn mit 0 = 1,0 mm. Trennung der thermoplastischen Isolationsschichten möglich, Trennung von Funktionsisolierung möglich. Für nachträglichen Verguss mit UP-Harzen geeignet, andere Tränkharze auch anwendbar.
Beispiel 8 (Fig. 5)
Gleicher Kupferlackdraht wie Beispiel 1
Extrusionsbeschichtung im Koextrusionsverfahren mit PSU (erste Isolationsschicht) , PPSU (zweite Isolationsschicht) und PEEK (dritte Isolationsschicht)
Vorwärmtemperatur: 210 0C
Schichtdicke PSU innen: 0, 022 mm
Schichtdicke PPSU Mitte: 0, 024 mm
Schichtdicke PEEK außen: 0,024 mm
Gesamtschichtdicke der thermoplastischen Isolie¬ 0, 070 mm rung:
Durchmesser Wickeldraht mit Isolationsschichten: 0, 985 mm
Spannungsfestigkeit : > 18 kV
Haftung der Isolationsschichten: kein Aufreißen, keine Faltenbildung bei Wicklung um Dorn mit 0 = 1,0 mm. Trennung der thermoplastischen Isolationsschichten nicht möglich, Trennung von Funktionsisolierung möglich. Für nachträglichen Verguss mit UP-Harzen geeignet, andere Tränkharze auch anwendbar.
Beispiel 9 (Fig. 4)
Gleicher Kupferlackdraht wie Beispiel 1
Extrusionsbeschichtung im Tandemverfahren mit PES (erste Isolationsschicht), PES (zweite Isolationsschicht) und PES (dritte Isolationsschicht)
Haftung der Isolationsschichten: Kein Aufreißen, keine Faltenbildung bei Wicklung um Dorn mit 0 = 1,0 mm. Trennung der thermoplastischen Isolationsschichten möglich, Trennung von Funktionsisolierung möglich. Für nachträglichen Verguss mit UP-Harzen nicht geeignet, andere Tränkharze anwendbar.
Beispiel 10 (Fig. 5)
Gleicher Kupferlackdraht wie Beispiel 1
Extrusionsbeschichtung im Koextrusionsverfahren mit PES (erste Isolationsschicht) , PES (zweite Isolationsschicht) und PES (dritte Isolationsschicht) (s. Bild 4b)
Haftung der Isolationsschichten: Kein Aufreißen, keine Faltenbildung bei Wicklung um Dorn mit 0 = 1,0 mm Trennung der thermoplastischen Isolationsschichten nicht möglich, Trennung von Funktionsisolierung möglich. Für nachträg- liehen Verguss mit UP-Harzen nicht geeignet, andere Tränkhar¬ ze anwendbar.
Beispiel 11 (Fig. 6)
Gleicher Kupferlackdraht wie Beispiel 1
Kombinierte Tandem- und Koextrusionsbeschichtung. Extrusions- beschichtung im Koextrusionsverfahren mit PSU (erste Isolationsschicht) und PPSU (zweite Isolationsschicht), im Tandem- verfahren PEEK (dritte Isolationsschicht)
Vorwärmtemperatur: 210 0C
Schichtdicke PSU innen: 0,022 mm
Schichtdicke PPSU Mitte: 0,022 mm
Schichtdicke PEEK außen: 0, 023 mm
Gesamtschichtdicke der thermoplastischen Isolie¬ 0,067 mm rung:
Durchmesser Wickeldraht mit Isolationsschichten: 0, 979 mm
Spannungsfestigkeit : > 18 kV
Haftung der Isolationsschichten: Kein Aufreißen, keine Faltenbildung bei Wicklung um Dorn mit 0 = 1,0 mm. Trennung der thermoplastischen Isolationsschichten PSU (innen) und PPSU
(Mitte) nicht möglich, Trennung PPSU (Mitte) und PEEK (außen) möglich, Trennung von Funktionsisolierung möglich. Für nachträglichen Verguss mit UP-Harzen geeignet, andere Tränkharze auch anwendbar.
Beispiel 12 (Fig. 7)
Gleicher Kupferlackdraht wie Beispiel 1 Kombinierte Tandem- und Koextrusionsbeschichtung Extrusionsbeschichtung im Tandemverfahren mit PSU (erste Isolationsschicht), im Koextrusionsverfahren PPSU (zweite Isolationsschicht) und PEEK (dritte Isolationsschicht) Vorwärmtemperatur: 210 0C
Schichtdicke PSU innen: 0,021 mm
Schichtdicke PPSU Mitte: 0,021 mm
Schichtdicke PEEK außen: 0, 022 mm
Gesamtschichtdicke der thermoplastischen Isolie¬ 0,064 mm rung:
Durchmesser Wickeldraht mit Isolationsschichten: 0, 973 mm
Spannungsfestigkeit : > 18 kV
Haftung der Isolationsschichten: Kein Aufreißen, keine Faltenbildung bei Wicklung um Dorn mit 0 = 1,0 mm. Trennung der thermoplastischen Isolationsschichten PPSU (Mitte) und PEEK (außen) nicht möglich, Trennung PSU (innen) und PPSU (Mitte) möglich, Trennung von Funktionsisolierung möglich. Für nachträglichen Verguss mit UP-Harzen geeignet, andere Tränkharze auch anwendbar.
Beispiel 13 (Fig. 6)
Gleicher Kupferlackdraht wie Beispiel 1 Kombinierte Tandem- und Koextrusionsbeschichtung Extrusionsbeschichtung im Koextrusionsverfahren mit PPS (erste Isolationsschicht) und PPS (zweite Isolationsschicht), im Tandemverfahren PPS (dritte Isolationsschicht)
Vorwärmtemperatur: 205 0C
Schichtdicke PPS innen: 0,023 mm
Schichtdicke PPS Mitte: 0, 023 mm
Schichtdicke PPS außen: 0,022 mm
Gesamtschichtdicke der thermoplastischen Isolie¬ 0, 068 mm rung:
Durchmesser Wickeldraht mit Isolationsschichten: 0, 981 mm
Spannungsfestigkeit : > 18 kV
Haftung der Isolationsschichten: kein Aufreißen, keine Faltenbildung bei Wicklung um Dorn mit 0 = 1,0 mm. Trennung der thermoplastischen Isolationsschichten PPS (innen) und PPS (Mitte) nicht möglich, Trennung PPS (Mitte) und PPS (außen) möglich, Trennung von Funktionsisolierung möglich. Für nachträglichen Verguss mit UP-Harzen geeignet, andere Tränkharze auch anwendbar.
2. Ausführungsbeispiele für die Thermische Klasse H
2.1 Wickeldraht mit einer einzigen Isolationsschicht (Fig. 1)
Beispiel 14
Durchmesser Kupferleiter: 0, 8 mm
Durchmesser Kupferlackdraht Grad 1 (Funktionsiso- 0, 845 mm lierung Polyester-THEIC und Amidimid, zweischich- tig) :
Extrusionsbeschichtung mit PEEK
Vorwärmtemperatur: 320 0C
Schichtdicke PEEK: 0, 025 mm
Durchmesser Wickeldraht mit Funktionsisolierung: 0, 895 mm
Spannungsfestigkeit : > 10 kV
Haftung der thermoplastischen Isolierschicht auf Funktions¬ isolierung: Kein Aufreißen, keine Faltenbildung bei Wicklung um Dorn mit 0 = 0,9 mm. Trennung von Funktionsisolierung möglich. Für nachträglichen Verguss mit UP-Harzen geeignet, andere Tränkharze auch anwendbar. Für Lagerungstemperaturen > 220 0C bei Wärmeschockprüfung geeignet.
2.2 Wickeldraht mit zwei Isolationsschichten (Fig. 2,3;
Beispiel 15 (Fig. 2]
Gleicher Kupferlackdraht wie Beispiel 14 Extrusionsbeschichtung im Tandemverfahren mit PES (erste Isolationsschicht) und PPS (zweite Isolationsschicht)
Haftung der Isolationsschichten: Kein Aufreißen, keine Faltenbildung bei Wicklung um Dorn mit 0 = 0,9 mm. Trennung der thermoplastischen Isolationsschichten möglich, Trennung von Funktionsisolierung möglich. Für nachträglichen Verguss mit UP-Harzen geeignet, andere Tränkharze auch anwendbar. Für La¬ gerungstemperatur 220 0C bei Wärmeschockprüfung geeignet.
Beispiel 16 (Fig. 3)
Gleicher Kupferlackdraht wie Beispiel 14
Extrusionsbeschichtung im Koextrusionsverfahren mit PES (erste Isolationsschicht) und PPS (zweite Isolationsschicht)
Haftung der Isolationsschichten: Kein Aufreißen, keine Faltenbildung bei Wicklung um Dorn mit 0 = 0,9 mm. Trennung der thermoplastischen Isolationsschichten nicht möglich, Trennung von Funktionsisolierung möglich. Für nachträglichen Verguss mit UP-Harzen geeignet, andere Tränkharze auch anwendbar. Für Lagerungstemperatur 220 0C bei Wärmeschockprüfung geeignet. Bei spiel 17 ( Fig . 2 )
Gleicher Kupferlackdraht wie Beispiel 14
Extrusionsbeschichtung im Tandemverfahren mit t-PI (erste Isolationsschicht) und t-PI (zweite Isolationsschicht)
Haftung der Isolationsschichten: Kein Aufreißen, keine Faltenbildung bei Wicklung um Dorn mit 0 = 0,9 mm. Trennung der thermoplastischen Isolationsschichten möglich, Trennung von Funktionsisolierung möglich. Für nachträglichen Verguss mit UP-Harzen geeignet, andere Tränkharze auch anwendbar. Für La¬ gerungstemperaturen > 220 0C bei Wärmeschockprüfung geeignet.
2.3 Wickeldraht mit drei Isolationsschichten (Fig.4, 6)
Beispiel 18 (Fig. 4)
Gleicher Kupferlackdraht wie Beispiel 14 Extrusionsbeschichtung im Tandemverfahren mit PES (erste
Isolationsschicht), PPSU (zweite Isolationsschicht) und PEEK (dritte Isolationsschicht) Vorwärmtemperatur: 210 0C
Schichtdicke PES innen: 0,022 mm
Schichtdicke PPSU Mitte: 0,024 mm
Schichtdicke PEEK außen: 0, 022 mm
Gesamtschichtdicke der thermoplastischen Isolie¬ 0,068 mm rung:
Durchmesser Wickeldraht mit Isolationsschichten: 0, 981 mm
Spannungsfestigkeit : > 18 kV
Haftung der Isolationsschichten: Kein Aufreißen, keine Faltenbildung bei Wicklung um Dorn mit 0 = 1,0 mm. Trennung der thermoplastischen Isolationsschichten möglich, Trennung von Funktionsisolierung möglich. Für nachträglichen Verguss mit UP-Harzen geeignet, andere Tränkharze auch anwendbar. Für La¬ gerungstemperatur 220 0C bei Wärmeschockprüfung geeignet.
Beispiel 19 (Fig. 6)
Gleicher Kupferlackdraht wie Beispiel 14
Kombinierte Tandem- und Koextrusionsbeschichtung, Extrusions- beschichtung im Koextrusionsverfahren mit PPS (erste Isolati- onsschicht) und PPS (zweite Isolationsschicht) , im Tandemver¬ fahren PPS (dritte Isolationsschicht)
Haftung der Isolationsschichten: Kein Aufreißen, keine FaI- tenbildung bei Wicklung um Dorn mit 0 = 1,0 mm. Trennung der thermoplastischen Isolationsschichten PPS (innen) und PPS (Mitte) nicht möglich, Trennung PPS (Mitte) und PPS (außen) möglich, Trennung von Funktionsisolierung möglich. Für nachträglichen Verguss mit UP-Harzen geeignet, andere Tränkharze auch anwendbar. Für Lagerungstemperaturen > 220 0C bei Wärme- schockprüfung geeignet .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines Wickelleiters (6a-g) für elektrische Geräte, insbesondere Transformatoren und elektri- sehe Maschinen, bei dem auf einen mit einer Funktionsisolie¬ rung (22) vorisolierten Lackdraht (2) eine thermoplastische Isolationsschicht oder eine Mehrzahl von thermoplastischen Isolationsschichten (60,62,64) jeweils durch ein Extrusions- verfahren aufgebracht wird, und bei dem die thermoplastische Isolationsschicht bzw. jede dieser thermoplastischen Isolati¬ onsschichten (60,62,64) ausschließlich aus einem Hochtemperaturthermoplasten besteht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Isolations- schicht (60) bzw. die Isolationsschichten (60,62,64) mit einem Schlauchreckverfahren aufgebracht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Lackdraht (2) vor dem Aufbringen des Hochtemperaturthermoplasten auf eine Vorwärmtemperatur aufgeheizt wird, die unter Berücksichtigung der Temperaturbeständigkeit der Funktionsisolie¬ rung (22) möglichst nahe an der Verarbeitungstemperatur des Hochtemperaturthermoplasten liegt .
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem zumindest zwei Isolationsschichten (60,62,64) in einem Koextrusi- onsverfahren aufgebracht werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem zumin- dest zwei Isolationsschichten (60,62,64) in einem Tandemverfahren aufgebracht werden.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, bei dem zumindest die äußere Isolationsschicht (60,62,64) ein kristalliner oder teilkristalliner Hochtemperaturthermoplast ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Vorwärmtemperatur oberhalb von 15O0C liegt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Funktionsisolierung (22) aus modifiziertem Polyurethan besteht, und die Vorwärmtemperatur 25O0C nicht überschreitet.
9. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Funktionsisolierung (22) zweischichtig ist und aus Polyester-THEIC und einer zweiten Schicht aus Amidimid besteht, auf die eine einzige aus einem teilkristallinen Hochtemperaturthermoplasten beste- hende oder mehrere jeweils ausschließlich aus einem teilkristallinen Hochtemperaturthermoplasten bestehende Isolationsschicht bzw. Isolationsschichten (60,62,64) aufgebracht werden, und bei dem die Vorwärmtemperatur größer als 28O0C ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die Vorwärmtempera¬ tur 33O0C nicht überschreitet.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Dicke einer Isolationsschicht (60, 62, 64) kleiner als 25μm ist.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Dicke einer Isolationsschicht (60,62,64) zwischen 15μm und 25μm beträgt.
13. Wickelleiter (6a-g) für elektrische Geräte mit einem mit einer Funktionsisolierung (22) vorisolierten Lackdraht (2), der von einer thermoplastischen Isolationsschicht oder einer Mehrzahl von thermoplastischen Isolationsschichten (60,62,64) umgeben ist, wobei die thermoplastische Isolationsschicht bzw. jede dieser thermoplastischen Isolationsschichten
(60,62,64) ausschließlich aus einem Hochtemperaturthermoplasten besteht.
14. Wickelleiter nach Anspruch 13, bei dem der Draht (2) von zumindest zwei Isolationsschichten umgeben ist.
15. Wickelleiter nach Anspruch 13 oder 14, bei dem zumindest die äußere Isolationsschicht (60,62,64) ein teilkristalliner Hochtemperaturthermoplast ist.
16. Wickelleiter nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem die Funktionsisolierung (22) zweischichtig ist und aus PoIy- ester-THEIC und Amidimid besteht, die von einer einzigen, aus einem teilkristallinen Hochtemperaturthermoplasten bestehenden oder von mehreren jeweils ausschließlich aus einem teil- kristallinen Hochtemperaturthermoplasten bestehenden Isolationsschicht bzw. Isolationsschichten (60,62,64) umgeben ist.
17. Wickelleiter nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei dem die Funktionsisolierung (22) aus modifiziertem Polyurethan besteht, die von einer Isolationsschicht (60,62,64) aus einem amorphen Hochtemperaturthermoplasten umgeben ist.
18. Wickelleiter nach einem der Ansprüche 13 bis 17, bei dem die Dicke einer Isolationsschicht (60,62,64) kleiner als 25 μm ist.
19. Wickelleiter nach Anspruch 18, bei dem die Dicke einer Isolationsschicht (60,62,64) zwischen 20μm und 25μm beträgt.
EP05850434A 2004-12-06 2005-12-05 Verfahren zum herstellen eines wickelleiters für elektrische geräte und nach diesem verfahren hergestellter wickelleiter Withdrawn EP1829059A1 (de)

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